JP5801706B2

JP5801706B2 - Ｉｔ機器と蓄電池の連係制御システムおよび連係制御方法

Info

Publication number: JP5801706B2
Application number: JP2011283238A
Authority: JP
Inventors: 山田　哲也; 哲也山田; 忠幸松村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2015-10-28
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Also published as: JP2013134550A; CN103178577A; CN103178577B

Description

本発明は、ＩＴ機器と大容量の蓄電池を備えるシステムに関し、特に、蓄電池を効率的に使用し、長時間、安定してＩＴ機器を稼動させるのに好適なＩＴ機器と蓄電池の連係制御システムに関する。

電力網のインフラ整備が不十分な地域では、停電が頻発する状態となっている。そこで、ビルには発電機が置かれ、停電時は発電機が稼動し、ビル内の電力を供給する方法をとっている。サーバルームには更に、発電機の故障に備え、発電機の修理中に必要な数時間分の鉛蓄電池アレイが置かれており、サーバ並びにクライアントＰＣへの電力供給を行う。蓄電池アレイは、無停電電源装置（ＵＰＳ： Uninterruptible Power Supply）の鉛蓄電池の容量を拡張した形態をとっているのが一般的である。蓄電池アレイは発電機のバックアップとしての位置づけであり、蓄電池アレイの使用が高頻度ではないため、安価な鉛蓄電池を使用しているが、体積、重量は大きい。

一方、電力網のインフラは整備されているものの、夏場のエアコン使用などで、季節により電力需要が急増し、電力が不足する地域がある。この場合、突然の停電に比べて被害が少なく、日々決まった時間に輪番で停電をする計画停電が実施される。ビルに発電機が置かれた箇所では発電機を稼動するが、発電機がない箇所ではＩＴ機器を停止せざるを得ない。これに対し、業務サービス継続のため、リチウムイオン型の蓄電池アレイを置く箇所がある。リチウムイオン電池は、急速充電ができ、充放電可能回数(サイクル性能)が大きいため、計画停電にも対応できる。このように、蓄電池アレイは、停電の特性やビルのファシリティに応じて異なる形態をとるものの、停電時に電力を供給する手段として用いられている。

ところで、計画停電は電力会社が時間を規定し需要側は停電を把握できるが、非計画な停電でも需要側が停電を把握できる方が望ましい。非計画な停電の発生を予測する方法の一例が特許文献１に示されている。この文献では、停電の危険性を予測し、停電の事前に発電機を起動して商用電源から切り替えることで、ＵＰＳに接続する蓄電池容量削減、またはＵＰＳを不要とする技術が開示されている。ここでの予測は、商用電源が「予め決められた時間以内に停電となる危険性が大きい」と判定することであり、インターネットに接続して得た気象情報と予め決められた条件から算出する。すなわち、特許文献１での予測は、停電が発生する時刻を予測するものである。

特開２００４−３５５２１９号公報

特許文献１では、発電機の停電前起動が目的であったため、停電が発生する時刻の予測で十分であった。ＩＴ機器（ルータ、スイッチ、サーバ、ストレージなど）が置かれる場所としてサーバルーム、オフィスをグローバルに調査した結果、ＩＴ機器に併設して蓄電池アレイがある箇所が多くあることが判明した。そこで、本発明では、その蓄電池アレイを高効率に利用することに着目した。高効率利用とは、例えば、蓄電池の放電時間の延長、放電容量のマージン削減、不要な急速充電の削減などが挙げられる。鉛蓄電池アレイの場合、電池量を削減することによる電池コストの削減、並びに、重量を削減することができる。リチウムイオンの蓄電池アレイの場合、高頻度の停電に対応し、発電機の代替として用いることで、電気代の数倍の発電機の軽油代のコストを削減することができる。このように、蓄電池アレイを高効率に利用することで様々な利点がある。

蓄電池アレイの高効率化において、事前に停電を予測しておくことは有益である。例えば、停電の間隔がわかっているとその間隔で充電すれば、無駄な急速充電を防ぐことができる。このとき、停電で予測すべき項目は、特許文献１の停電発生時刻とは異なる。また、
蓄電池を有するＵＰＳ単体ではなく、ＩＴ機器とＵＰＳを連係して制御することで、より蓄電池の高効率化が見込まれる。

そこで、本発明の目的は、事前に来るべき停電の特性（時間、頻度、間隔等）を見積もり、その想定した停電に対してＩＴ機器と蓄電池を有するＵＰＳを連係して制御することで、蓄電池の充放電の高効率化を実現するシステムを提供することである。蓄電池の放電を効率的に制御することは、見かけの容量を増やし、ＩＴの性能を向上することにもなる。

本発明の前記の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本発明は、上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本発明のＩＴ機器と蓄電池の連系制御システムの一例を挙げるならば、商用電源と、前記商用電源の電圧を計測する電圧ロガーと、前記商用電源に接続され、複数の蓄電池が接続された無停電電源装置と、前記無停電電源装置に接続された電力測定機構付電源タップと、前記電力測定機構付電源タップに接続されたサーバを含むＩＴ機器から構成され、前記電圧ロガー、前記無停電電源装置、前記電力測定機構付電源タップ、および前記サーバはネットワークに接続され、前記サーバ内部の制御部は、停電の継続時間および停電の間隔を予測し、前記予測した停電の継続時間と蓄電池の残量からＩＴ機器の電力制限値を求め、電力制限値を満たすよう前記ＩＴ機器の電力を制御するとともに、前記予測した停電間隔に基づいて前記蓄電池の充電モードを制御するものである。

また、本発明のＩＴ機器と蓄電池の連系制御方法の一例を挙げるならば、商用電源と、前記商用電源の電圧を計測する電圧ロガーと、前記商用電源に接続され、複数の蓄電池が接続された無停電電源装置と、前記無停電電源装置に接続された電力測定機構付電源タップと、前記電力測定機構付電源タップに接続されたサーバを含むＩＴ機器から構成され、前記電圧ロガー、前記無停電電源装置、前記電力測定機構付電源タップ、および前記サーバはネットワークに接続されるシステムの連係制御方法であって、停電の継続時間および停電の間隔を予測するステップと、前記予測した停電の継続時間と蓄電池の残量からＩＴ機器の電力制限値を求めるステップと、電力制限値を満たすよう前記ＩＴ機器の電力を制御するステップと、前記予測した停電間隔に基づいて前記蓄電池の充電モードを制御するステップとを含むものである。

頻発する停電に対し、停電の特性（時間、頻度、間隔等）を見積もり、その停電特性に合わせてＩＴ機器と蓄電池の連係制御を行うことで、ＩＴ機器のサービスを継続し、性能低下をできるだけ抑えながら、蓄電池アレイの充電と放電を効率よく行うことができる。これにより、蓄電池の電池容量を減らすことができる。別の見方では、同じ蓄電池の容量でＩＴ機器の性能を向上させることができる。更に、蓄電池アレイの充電方法を制御することで、蓄電池の長寿命化にも貢献する。

ＩＴ機器と蓄電池の連係制御を行うためのシステムの構成の一例を示す図である。本発明のシステムを含む複数拠点のネットワーク構成の一例を示す図である。停電間隔予測による充電スケジューリングの動作例を示す図である。停電時間予測で性能制限が大きい放電スケジューリングの動作例を示す図である。停電時間予測で性能制限が小さい放電スケジューリングの動作例を示す図である。複数回停電するときの停電時間、間隔予測での動作例を示す図である。停電の予測項目のテーブルの一例を示す図である。停電予測が外れたときの対処動作例を示す図である。ＩＴ機器と蓄電池を連係制御する制御部の一例を示す図である。制御部内の停電予測部の一例を示す図である。制御部内のＩＴ電力予算部の一例を示す図である。蓄電池の放電特性の一例を示す図である。制御部内のＩＴ電力制御部の一例を示す図である。ＩＴ機器の低電力制御の動作の一例を示す図である。ＩＴ機器と蓄電池を連係制御するフローチャートの一例を示す図である。

本発明を実施するための形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、発明を実施するための形態を説明するための全図において、同一の機能を有する要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

図１に、本発明の一例に係るＩＴ機器と蓄電池の連係制御を行うためのシステムの要部を示す。結線は、電源の系統を示している。電力は、商用電源ＣＰＷＲ１０が発電所から供給される。商用電源の電圧を測定できる箇所に電圧ロガーＶＬＴＬＯＧ２０を置く。電圧ロガー２０は、電圧を時系列またはイベント発生時に記録することができ、電圧値によりスウェル、ディップ、瞬停等に加え、停電を測定することができる。商用電源１０には無停電電源装置ＵＰＳ３０が接続される。ＵＰＳ３０には、常時商用方式、ラインインタラクティブ方式、常時インバータ方式等、様々な方式があるが、特に制限されない。ここでは常時インバータ方式を記載している。ＵＰＳ３０は、整流器とＡＣからＤＣへ変換するコンバータＣＮＶ３１、蓄電池アレイＢＡＴ３２、蓄電池アレイを制御する蓄電池制御部ＣＨＧＣＴＬ３３、ＤＣからＡＣへ変換するインバータＩＮＶ３４、ＵＰＳの制御部ＵＣＴＬ３５から構成される。ＵＰＳの制御部３５では、蓄電池の残量監視、ネットワーク対応、ＩＴ機器へのシャットダウンの指示、通常または急速の充電モードに従った充電制御などの機能を有する。ＵＰＳ３０には電力測定機構付電源タップＰＤＵ４０が接続される。電力測定機構付電源タップＰＤＵ４０は、各コンセントで電流値と電圧値の測定ができ、ネットワーク接続によりリモートで電力監視や電源供給のオンオフを制御する機構を有する。ＰＤＵ４０には各ＩＴ機器５０が接続される。例として、サーバＳＶＲ１（５１）、ＳＶＲ２（５２）、ルータＲＴＲ５３としているが、モデム、ファイヤーウォール、スイッチ、ストレージを接続してもよい。サーバＳＶＲ１（５１）には本発明のＩＴ機器と蓄電池を連係制御する制御部ＣＴＬ５５が内蔵される。

図２に、本発明の実施例１のシステムを含む複数拠点のネットワーク構成図を示す。結線はネットワークの信号を示している。図１のＩＴ機器と蓄電池の連係制御システム（Ｓｙｓ１）は、ＷＡＮ（ＷｉｄｅＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）を介して他のシステム（Ｓｙｓ２，Ｓｙｓ３）と接続される。システム（Ｓｙｓ１）は、ルータ（ＲＴＲ）５３が外部のＷＡＮと内部のＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）６０を接続し、複数のサーバ（ＳＶＲ１、ＳＶＲ２）、ＵＰＳ３０、電力測定付電源タップ（ＰＤＵ）４０はルータ（ＲＴＲ）５３に接続され、ＬＡＮ６０を形成している。ＵＰＳ、ＰＤＵ、ルータ、電圧ロガー（ＶＬＴＬＯＧ）、温湿度ロガー（ＴＭＰＬＯＧ）の情報はＬＡＮ６０を介して、サーバ（ＳＶＲ１、ＳＶＲ２）と通信することができる。これは、サーバがＬＡＮを用いて他の機器の内部状態の監視、並びに制御できることを意味する。例えば、電圧ロガーなら電圧、温湿度センサーなら温度、湿度、ＵＰＳの蓄電池残量、蓄電池の端子電圧、ＵＰＳへのモード設定、電力測定機能付電源タップでの各ＩＴ機器の電力値、サーバ、ルータなどのＩＴ機器の低電力制御などが挙げられる。

本発明は、予測した停電の特性（時間、頻度、間隔等）に合わせてＩＴ機器と蓄電池の連係制御を行うのが特長技術である。そこで、まず、停電を予測することでどのような効果、効用があるかを例を挙げて示す。ＩＴ機器と蓄電池の動作例の説明も兼ねる。停電の特性として停電間隔・頻度と停電の継続時間があるが、順番に説明する。

停電間隔を予測することで、蓄電池アレイの充電スケジューリングが可能となることを示す。図３に停電間隔の予測による充電スケジューリングの例を示す。停電中（時刻ｔ１−ｔ２）に蓄電池を用いてＩＴ機器を稼動すると、蓄電池は放電され、時刻ｔ２では電池容量はほぼゼロとなる。予測を行わない場合、次にいつ停電が来るかわからないので急速充電をし、次の停電に備える必要があり、時刻ｔ３に充電は完了する。一方、予測を行う場合、次の停電開始が時刻ｔ４であり、停電間に十分な時間があるため、低速の充電を行えばよいことがわかる。予測無しの場合、過剰な急速充電を行うことで、特に鉛電池の寿命を不当に縮めてしまうことになる。また、次の停電では、時刻ｔ５で停電が終了した後、予測を行わない場合、低速充電を行うと時刻ｔ６で停電が発生した場合、充電不足となってしまい、時刻ｔ７で蓄電池が枯渇し、ＩＴ機器のサービスが継続できない。予測を行う場合は、急速充電により時刻ｔ６迄に電池の充電を完了させることができる。このように、停電間隔を予測することにより、充電のスケジューリングを行うことができ、無駄な急速充電や低速充電による充電不足を回避することができる。

次に、停電の継続時間を予測することの効果を示す。ＩＴサービスにおいては、停電中もサービスを継続し、できるだけ性能が高いことが望まれるが、性能が高いことは蓄電池を多く消費することを意味し、蓄電池の容量が枯渇することが考えられるため、性能と蓄電池容量にはトレードオフがある。そこで、本発明の停電の継続時間の予測によりどのように性能が改善されるかを示す。停電時間を予測することで、蓄電池の使用する時間を見積もることができるため、放電のスケジューリングを行うことができる。予測しない場合、停電の継続時間がわからないので、停電時間が長くても対応できるように予め電池の使用量を少なく制限するか、電池の使用量は大きいが停電時間が長いときに対応できない方法をとることが考えられる。図４に電池の使用量制限が大きい場合、図５に電池の使用量制限が小さい場合の例を示す。図４では、時刻ｔ１−ｔ２間で停電が発生する。停電時間の予測がない場合、電池の使用量制限が大きいため、停電中にＩＴサービスは継続できたものの、性能はｐｒｆ１に抑えられた。停電時間の予測を行う場合、予め電池の使用時間がわかるため、蓄電池残量も含めて判断して性能をｐｒｆ２まで高めることができる。これは、停電時間を把握しているため、蓄電池の残量のマージンを削減することができるためである。図５では、時刻ｔ３−ｔ５間で停電が発生する。停電時間の予測がない場合、性能はｐｒｆ４と高いものの電池の使用量が多かったため、停電中の時刻ｔ４で電池が枯渇した。そのため、時刻ｔ４−ｔ５間はＩＴ機器の電力はゼロとなり、ＩＴサービスを中止せざるを得なくなった。２４時間稼動が前提となっているサーバにとって、望ましくない結果となった。停電時間の予測を行う場合、予め電池の使用時間がわかるため、性能はｐｒｆ３で抑えたものの、停電時間中に蓄電池の使用を継続することができた。このように、停電時間を予測することで、電池の放電のスケジューリングを行い、ＩＴ機器の性能を高めることができる。

更に、停電の継続時間と間隔を予測するときの新たな効果を示す。図４、図５では停電が１日に１回発生するときの例であった。１日に複数回停電が発生するときに、電池をどのように使うかの計画を立てる上で、停電時間と停電間隔の双方の予測が重要となる。複数回にわたってどのように電池を使用するか、いつ充電するかの計画を立てることができる。図６に複数回の停電が発生するときの例を示す。２回停電が発生している。予測を行わない場合、時刻ｔ６−ｔ７の１回目の停電では、ｐｒｆ７に性能制限を掛けており、電池容量はＣ３からＣ１へ減少するものの、ＩＴサービスを継続することができた。時刻ｔ８−ｔ１０の２回目の停電では、１回目と同じｐｒｆ７での性能制限とすると、時刻ｔ９で電池が枯渇してしまい、ＩＴサービスを継続できない。停電時間と停電間隔を予測する場合、電池の種類によって２つの方法があるので、それぞれ説明する。一つは、複数回の停電の総合計時間を見積もり、その時間のＩＴサービスを継続できるよう各回の停電の蓄電池使用量を定める方法である。充電に時間を要する鉛蓄電池に適する方法である。もう一つは、各回の停電時間と停電間隔を見積もり、停電間で急速充電を行い、電池容量を回復させることを前提にＩＴのサービス継続と性能向上を図る方法である。急速充電での寿命劣化が少ないリチウムイオン電池に適する方法である。一つ目の方法では、性能をｐｒｆ６に制限を掛けることで、２回の停電でも蓄電池を使用することができ、サービスが継続できる。電池容量は１回目の停電でＣ３からＣ２へ減少し、次の停電でＣ２からゼロとなる。二つ目の方法は、性能をｐｒｆ６より高いｐｒｆ７とした上で、停電間で急速充電を行うことで電池容量を回復し、サービスの継続と高い性能を両立することができる。時刻ｔ６−ｔ７は停電のため、電池容量はＣ３からＣ１へ減少するが、次の停電の時刻ｔ８までに急速充電を実施し、電池容量をＣ３に回復させ、時刻ｔ８からの停電に備える。

このように、停電の継続時間と、停電と停電の間隔を予測し、見積もりを行うことで、電池の充放電の最適なスケジューリングを行うことができ、それに伴い、ＩＴ機器のサービス継続と性能向上を図ることができる利点がある。これを踏まえて、本発明の実施例１において、停電で予測する項目の例を図７に示す。管理単位を１日としているが、特に制限されない。ここでは、サマリと詳細に表を分けている。サマリとして停電の有無、１日の停電回数、最長停電時間、停電の総合計時間、停電間隔の最短と最長時間を挙げている。詳細のデータとして、２４時間のうち、いつ停電するかを停電の開始時間と終了時間を挙げている。各分ごとにテーブルを持っておき、停電の有無を記載する方法でもよい。停電間隔に関しては、管理単位（１日）をまたいで計算しておく必要がある。３月１日では、９：００−１２：００、１６：００−１８：００、２０：００−２１：００の停電が発生すると予測しており、停電回数は３回、最長停電時間は３時間、停電総時間は６時間、停電間隔は最低で２時間、最長で１３時間である。停電間隔の最長の時間は、３月１日の２１時から３月２日の１０時までの１３時間である。

なお、停電の特性(時間、頻度、間隔等)は、場所とか曜日などによって、変化すると予想される。

停電の予測に関しては、見積もりのため、予測が外れることがある。予測が外れるのは、停電が起きないことや、停電の時間や間隔が実際と異なる長短がある場合がある。このため、本特許では予測が外れるときの対処法について記載する。停電予測によるＩＴ機器と蓄電池の連係制御は、電池残量がなくならないようにするためのフィードフォワード制御であった。予測が外れたときは、電池残量から判断するフィードバック制御に切り替える。その例を図８に示す。図を見やすくするために、性能ｐｒｆ１とｐｒｆ２間、電池容量Ｃ１とＣ２間は圧縮して記載している。停電時間の見積もりとして時刻ｔ１−ｔ２としているが、実際はｔ１−ｔ２より長く、時刻ｔ１−ｔ５で停電が発生した場合である。予測した時間より長い場合は、電池残量の実測を元にフィードバックする。時間延長に対する対策がない場合は、時刻ｔ３で電池が枯渇してしまい、時刻ｔ３−ｔ５の間、ＩＴ機器を稼動することができない。そこで、予測した計画の時間を超えると、電池の残量、並びにＩＴ機器の電力値の実測を元に、ＩＴ機器の性能制限を厳しくしていく。実測のタイミングも残量が少なくなるにつれて、頻度を上げていく。時刻ｔ２−ｔ３、ｔ３−ｔ４、ｔ４−ｔ５の間隔は順番に短くする。このように、電池の残量の実測値を停電期間中に電池の容量が持つように性能制限へフィードバックする方法により、予測が外れた場合の対処とする。

以上より、停電を予測することの利点と、ＩＴ機器と蓄電池の動作、連係制御の例、並びに、停電予測が外れたときの対処の制御例に関して示した。ＩＴ機器と蓄電池の連携制御の動作例を踏まえて、次に、ＩＴ機器と蓄電池の連係制御部の詳細構造を説明する。

図９に本発明の第一の実施例のＩＴ機器と蓄電池を連係制御する制御部ＣＴＬ５５の構成を示す。制御部ＣＴＬ５５は、サーバＳＶＲで動作する。制御部５５は、マイコン等のハードウェアを用いて構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。電圧モニタとのインターフェースを持ち、停電の時間と頻度を予測し停電計画を立てることと実際に現在、停電かどうかの停電情報を示す停電予測部ＰＯＥ（ＰｏｗｅｒＯｕｔａｇｅｓＥｓｔｉｍａｔｉｏｎ）７０、ＵＰＳ３０とのインターフェースを持ち、予測した停電時間とＵＰＳの蓄電池残量からのＩＴ機器の電力制限値を定めるＩＴ電力予算部ＩＰＢ（ＩＴＰｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎＢｕｄｇｅｔ）８０、電源タップＰＤＵ４０とのインターフェースを持ち、定められたＩＴ機器の電力制限値を満たすように低電力制御を行うＩＴ電力制御部ＩＰＣ（ＩＴ lｏｗ−ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）９０から構成される。制御部ＣＴＬ５５の動作概要は次の通りである。停電の時間、間隔を予測し、見積もった停電時間分だけＩＴ機器が稼動できるように、電池残量からＩＴ機器の電力制限値を定める。そして、定められたＩＴ機器の電力制限値に収まるようにＩＴ機器の低電力制御を行う。

次に、各機能ブロックの構成について説明する。図１０に停電予測部ＰＯＥ７０の構成を示す。停電予測部ＰＯＥは、電圧ロガー２０の実測値を用いて停電の発生と終了、現在停電かどうかを示す実停電情報を出力することと、データ抽出部で電圧ロガーの電圧データを蓄積し、蓄積された電圧データを統計解析して停電計画を立てる。電圧ロガーＶＬＴＬＯＧ２０の電圧データ、ＯＳから取得した日時データをデータ抽出部７１で、データの整形、抽出を行う。時系列で抽出してもよいし、電圧変動のイベントに合わせて抽出してもよい。データ抽出部７１で抽出されたデータを、日時を付加して時系列形式でデータ蓄積部７２に保存しておく。統計解析部７３では、データ蓄積部７２の時系列データを統計解析し、時系列モデルを生成する。時系列モデルは、移動平均（ＭＡ）、自己回帰モデル（ＡＲ）、移動平均自己回帰モデル（ＡＲＭＡ）、自己回帰条件付き分散不均一モデル（ＧＡＲＣＨ）などがあるが、限定されない。統計解析部７３では日々のデータで時系列モデルを更新する。時系列データに対し、日曜日の予測として、単純に毎週日曜日の平均をとるなど、一般的な統計処理を行ってもよい。また、機械学習を組み合わせて精度を向上させてもよい。停電計算部７４にて、タイマーで設定した定時、例えば０：００に、当日の停電の頻度、時間、間隔の情報を予測した停電計画を立て、計画データを保存しておき、ＩＴ電力予算部８０に通知する。

図１１に、本発明の第一の実施例のＩＴ電力予算部ＩＰＢ８０の構成を示す。ＩＴ電力予算部８０では、停電予測部７０の停電計画とＵＰＳ３０の蓄電池残量を元に、ＩＴ機器の制限電力値であるＩＴ電力制限値を定めることと、停電計画で予測した停電の間隔から充電モードを決定する機能を有する。ＵＰＳ３０から蓄電池の残量と電圧、停電予測部ＰＯＥ７０からの停電計画、実停電情報と蓄電池アレイの仕様８１を入力として、電池使用計画部８２にて、電池をどの時間帯にどのモードで充電するかを定める電池充電計画と、電池残量と停電予定時間からＩＴ電力制限値を算出する。電池充電計画に従って充電モードをＵＰＳ３０へ通知する。停電時にタイマーで定期、または不定期にＵＰＳ３０の蓄電池残量を測定し、その度に停電計画で示す停電の継続時間とその蓄電池残量から、ＩＴ電力制限値を計算する。

ここで、ＩＴ電力制限値を計算する方法について説明する。停電予測部ＰＯＥ７０で見積もった停電時間にＩＴ機器を継続稼動するために、ＵＰＳ３０の電池残量と端子電圧を基に、ＩＴ機器５０にどれくらいの電流を流すかを定める必要がある。このためには、蓄電池の放電特性から算出する必要がある。図１２に、蓄電池の放電特性の一例を示す。単純にするために、一つの１２Ｖの蓄電池を用いている。蓄電池アレイでは適宜、並列化、直列化して考えればよい。定格容量をＣとすると、放電電流ＣＡの大きさによって蓄電池の放電時間が変わる。１ＣＡでは４０分だが、０．０５ＣＡでは２０時間である。そこで、見積もった停電時間を満たす範囲で放電電流を定めればよい。これが、ＩＴ電力制限値となる。例えば、２時間の停電時間を持たせるためには、放電電流を０．２５ＣＡ以下に設定すればよい。

次に、図１３にＩＴ電力制御部ＩＰＣ９０の構成を示す。ＩＴ電力制御部ＩＰＣ９０は、電力測定付電源タップＰＤＵ４０で取得した各ＩＴ機器の電力データ、ＩＴ電力予算部ＩＰＢ８０で算出したＩＴ電力制限値を入力とし、各ＩＴ機器の低電力制御を行う。

停電期間中のＩＴ電力制限値に対し、ＩＴ機器に低電力制御を行う動作例を図１４に示す。蓄電池残量と停電予測時間から算出したＩＴ電力制限値を満たすように低電力制御を行う。電池残量を定期的に、残りの停電予測時間で電池の残量がなくなるようにＩＴ電力制限値の見直しをかける。実際の測定電力値を用いてＩＴ電力制限値を設定する。

以上が、ＩＴ機器と蓄電池を連係制御する制御部ＣＴＬ５５の構成となる。それでは、この制御部を構成する制御ソフトウェアを用いてどのように全体の制御を行うかを、フローチャートを用いて説明する。図１５にフローチャートを示す。定時（Ｓ１）、例えば０：００に、一日の停電時間、停電の頻度、間隔を予測する（Ｓ２）。停電が発生（Ｓ３）すると、定時に見積もった停電とマッチングをとり、停電の継続時間と間隔を読み出す。電池残量を実測し（Ｓ４）、停電の継続時間からＩＴ電力の制限値を設定する（Ｓ５）。ＩＴ電力の制限値を、完全に電力を制限した状態でＩＴ機器が最も消費電力が少ない最小値（完全電力制限）と比較（Ｓ１０）し、ＩＴ電力制限値が大きい場合は、ＩＴ低電力制御を行う。ＩＴ電力制限値をＩＴの電力実測値と比較し（Ｓ１１）、ＩＴ電力制限値が大きい場合は、予算達成でＩＴ低電力制御は電力制限は行わない。ＩＴ電力制限値が小さい場合は、予算未達成のため、ＩＴ電力がＩＴ電力制限値以下となるよう低電力制御を行う（Ｓ１２）。例外処理として、ＩＴ機器の最小電力値とＩＴ電力制限値を比較し、ＩＴ機器の最小値が大きい場合（Ｓ１０）は、電池容量が足らず、ＩＴサービスが継続できないため、他サイトへ通知し（Ｓ１３）、シャットダウンを行う（Ｓ１４）。タイマー割込み（Ｓ６）で、定期的に電池残量実測を行い（Ｓ７）、ＩＴ電力制限値の再設定（Ｓ５）を行うことで、停電中に電池を最大限に使用しながら、ＩＴ性能を向上させることができる。復電すると（Ｓ８）、停電中のＩＴの低電力制御を解除（Ｓ９）し、予測した停電間隔に従い、停電間隔が短いときは急速充電、長いときは通常充電とする充電モードを設定（Ｓ１５）し、処理を継続する。これが、フローチャートでの動作である。

定期的に電池残量を測定しつつ、ＩＴ電力制限値を設定し、低電力制御が必要なときは、Ｓ６→Ｓ７→Ｓ５→Ｓ８→Ｓ１０→Ｓ１１→Ｓ１２→Ｓ６のループ、低電力制御が不要なときはＳ６→Ｓ７→Ｓ５→Ｓ８→Ｓ１０→Ｓ１１→Ｓ６のループを形成する。ループのトリガは定期的な電池残量実測である。以上より、停電時間を予測し、その時間にＩＴ機器の性能低下ができるだけ小さく、かつ、サービスを継続できるよう、電池残量を満たすようにＩＴ機器の低電力制御を行うことができる。

１０商用電源ＣＰＷＲ
２０電圧ロガーＶＬＴＬＯＧ
３０無停電電源装置ＵＰＳ
３１コンバータＣＮＶ
３２蓄電池アレイＢＡＴ
３３蓄電池制御部ＣＨＧＣＴＬ
３４インバータＩＮＶ
３５ＵＰＳの制御部ＵＣＴＬ
４０電力測定機構付電源タップＰＤＵ
５０ＩＴ機器
５１サーバＳＶＲ１
５２サーバＳＶＲ２
５３ルータＲＴＲ
５５サーバの制御部ＣＴＬ
６０ＬＡＮ
７０停電予測部ＰＯＥ
７１データ抽出部
７２データ蓄積部
７３統計解析部
７４停電計算部
８０ＩＴ電力予算部ＩＰＢ
８１蓄電池アレイ仕様
８２電池使用計画部
９０ＩＴ電力制御部ＩＰＣ
９１低電力制御部

Claims

商用電源と、
前記商用電源の電圧を計測する電圧ロガーと、
前記商用電源に接続され、複数の蓄電池が接続された無停電電源装置と、
前記無停電電源装置に接続された電力測定機構付電源タップと、
前記電力測定機構付電源タップに接続されたサーバを含むＩＴ機器から構成され、
前記電圧ロガー、前記無停電電源装置、前記電力測定機構付電源タップ、および前記サーバはネットワークに接続され、
前記サーバ内部の制御部は、停電の継続時間および停電の間隔を予測し、前記予測した停電の継続時間と蓄電池の残量からＩＴ機器の電力制限値を求め、電力制限値を満たすよう前記ＩＴ機器の電力を制御するとともに、前記予測した停電間隔に基づいて前記蓄電池の充電モードを制御することを特徴とするＩＴ機器と蓄電池の連係制御システム。
請求項１に記載のＩＴ機器と蓄電池の連係制御システムにおいて、
前記制御部は、定期または不定期に前記蓄電池の残量を測定し、その度に前記予測した停電の継続時間と前記測定した蓄電池の残量からＩＴ機器の電力制限値を求め、電力制限値を満たすよう前記ＩＴ機器の電力を制御することを特徴とするＩＴ機器と蓄電池の連係制御システム。
請求項１に記載のＩＴ機器と蓄電池の連係制御システムにおいて、
前記制御部は、
前記電圧ロガーの電圧データを蓄積し、蓄積された電圧データに基づいて停電の継続時間を予測する停電予測部と、
予測した停電の継続時間と測定した蓄電池の残量からＩＴ機器の電力制限値を求めるＩＴ電力予算部と、
前記電力測定機構付電源タップで取得したＩＴ機器の電力データと前記ＩＴ機器の電力制限値に基づいて低電力制御を行うＩＴ電力制御部と
から構成されることを特徴とするＩＴ機器と蓄電池の連係制御システム。
請求項３に記載のＩＴ機器と蓄電池の連係制御システムにおいて、
前記停電予測部は、蓄積した時系列データを統計解析して、時系列モデルを生成することを特徴とするＩＴ機器と蓄電池の連係制御システム。
請求項１に記載のＩＴ機器と蓄電池の連係制御システムにおいて、
前記制御部は、停電時間が予測した停電時間より長い場合は、前記蓄電池の残量の実測値を基に前記ＩＴ機器の性能制限のフィードバック制御を行うことを特徴とするＩＴ機器と蓄電池の連係制御システム。
請求項１に記載のＩＴ機器と蓄電池の連係制御システムにおいて、
前記制御部は、前記電圧ロガーの電圧データを蓄積し、蓄積された電圧データに基づいて停電の継続時間および停電の間隔を予測することを特徴とするＩＴ機器と蓄電池の連係制御システム。
商用電源と、前記商用電源の電圧を計測する電圧ロガーと、前記商用電源に接続され、複数の蓄電池が接続された無停電電源装置と、前記無停電電源装置に接続された電力測定機構付電源タップと、前記電力測定機構付電源タップに接続されたサーバを含むＩＴ機器から構成され、前記電圧ロガー、前記無停電電源装置、前記電力測定機構付電源タップ、および前記サーバはネットワークに接続されるシステムの連係制御方法であって、
停電の継続時間および停電の間隔を予測するステップと、
前記予測した停電の継続時間と蓄電池の残量からＩＴ機器の電力制限値を求めるステップと、
電力制限値を満たすよう前記ＩＴ機器の電力を制御するステップと、
前記予測した停電間隔に基づいて前記蓄電池の充電モードを制御するステップとを含むことを特徴とするＩＴ機器と蓄電池の連係制御方法。
請求項７に記載のＩＴ機器と蓄電池の連係制御方法において、
定期または不定期に前記蓄電池の残量を測定するステップと、
その度に前記予測した停電の継続時間と前記測定した蓄電池の残量からＩＴ機器の電力制限値を求めるステップと、
電力制限値を満たすよう前記ＩＴ機器の電力を制御するステップと
を含むことを特徴とするＩＴ機器と蓄電池の連係制御方法。
請求項７に記載のＩＴ機器と蓄電池の連係制御方法において、
前記停電の継続時間および停電の間隔を予測するステップは、前記電圧ロガーの電圧データを蓄積し、蓄積された電圧データに基づいて停電の継続時間および停電の間隔を予測することを特徴とするＩＴ機器と蓄電池の連係制御方法。