JP5851290B2 - 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

本発明の実施形態は、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生じると警報を発する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。

工場やビルなどの大口の電力需要者と、電力の供給者である電力会社との間には、最大需要電力に関する契約が結ばれる。この最大需要電力を超えると違約金の支払いや基本料金の引き上げなどのペナルティが課されるので、需要者は最大需要電力を超えないように電力使用量を管理する。この種の用途に電力デマンド監視装置が用いられる。

電力デマンド監視装置は、平均使用電力量の算出周期（例えば３０分）の開始から現在までの使用電力量に基づいて、当該周期の終了時における平均使用電力量の需要を予測する。この指標は電力デマンド予測と称される。電力デマンド予測が契約電力量を超えると警告を発し、平均使用電力量が契約電力量を超えるおそれのあることがオペレータに通知される。

特開平８−６３１３２号公報 特開２０１１−６１９９１号公報 特開２０００−１８４５９０号公報

既存の電力デマンド監視装置は電力使用量を監視するに際して、あくまで電力会社との契約に基づく最大需要電力を基準とするものであった。これに対し近年ではエコ意識の高まりや、電気代節減の要求などからさらなる効果的な監視手法の提供が待たれている。このようなニーズは２０１１年３月１１日に発生した東日本大震災に伴う電力不足や、その後の計画停電の実施などにともなってますます高まってきている。
目的は、需要者における自主的な節電努力を支援することの可能な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にある。

実施形態によれば、電力デマンド監視装置は、予測部と、判定部と、出力部と、設定部とを具備する。予測部は、電力の需要者に備わる複数の負荷により個別に使用される電力量を計測する電力メータにより計測された電力量に基づいて、需要者における電力需要の予測値を算出する。判定部は、電力の供給者と需要者との契約に基づく契約目標値を予測値が超えるか否かを判定する。出力部は、判定部により予測値が契約目標値を超えることが判定されると警報を出力する。設定部は、契約目標値とは異なる任意目標値を設定するために設けられる。そして、判定部は、予測値が任意目標値を超えるか否かを判定する。出力部は、出力部は、判定部により予測値が任意目標値を超えることが判定されると警報を出力する。

実施形態に係る電力デマンド監視装置を適用可能な監視システムの一例を示すシステム図である。 電力デマンド監視装置１００の実施の形態を示す機能ブロック図である。 実施形態に係る電力デマンド監視装置１００により実行される処理手順の一例を示すフローチャートである。 モニタＭに表示されるグラフの一例を示す図である。

以下、実施形態につき説明する。実施形態に係る電力デマンド監視装置は、電力需要者における電力デマンドを監視し、需要者における使用電力量が契約電力量を超えないように、対象設備内の機器の運転を制御する。使用電力量が契約電力量を超えているか否かは既定の周期（例えば３０分）における平均使用電力量に基づいて判断される。この周期をデマンド周期と称する。

図１は、実施形態に係る電力デマンド監視装置を適用可能な監視システムの一例を示すシステム図である。図１において、電力デマンド監視装置１００およびローカルコントロールサーバ（ＬＣＳ）２１〜２ｍが、通信ネットワークとしてのLocal Area Network（ＬＡＮ）４００に接続される。ＬＡＮ４００の上位層は例えばＢＡＣｎｅｔ（登録商標）である。ＬＡＮ４００には大画面モニタ２００、建物の使用電力（量）を計測する電力メータ３００、あるいは異ベンダのシステムなども接続される。なお電力メータ３００はＬＡＮ４００を経由することなく専用回線により電力デマンド監視装置１００に接続されても良い。

ＬＣＳ２１〜２ｍにはそれぞれ通信回線を介してノードが接続される。各ノードは例えばフロアごとの空調機器、照明機器、動力機器、あるいはパソコン、電話機など要するに電力を消費する機器であり、いずれも負荷としての位置づけにある。電力メータ３００は、各ノードなどの複数の負荷により個別に使用される電力量を計測し、その結果を電力デマンド監視装置１００に通知する。

ＬＣＳ２１〜２ｍはそれぞれ接続されるノードを被監視装置として認識し、その状態をモニタする。電力デマンド監視装置１００はＬＣＳ２１〜２ｍから通知されるモニタ結果を受け、システムを上位レベルで監視制御したり、オペレータに各種の情報を提供したりする。

図２は、電力デマンド監視装置１００の実施の形態を示す機能ブロック図である。電力デマンド監視装置１００は、設定部１１、入力部１２、使用電力量算出部１３、予測部１４、判定部１５、警報出力部１６、遮断部１７、記憶部１８、変更部１９、モニタコントローラＭＣおよびモニタＭを備える。これらの機能ブロックは専用のハードウェア、あるいはCentral Processing Unit（ＣＰＵ）の演算処理機能により実現されるソフトウェア機能として実現される。

設定部１１はキーボードやマウスなどを備え、各種設定データやスケジュール情報の入力などを受け付けるためのヒューマンマシンインタフェースとして機能する。モニタコントローラＭＣおよびモニタＭと併せて機能することでＧＵＩ（Graphical User Interface）環境が構築される。入力部１２は電力メータ３００から電力計測値を取得する。

使用電力量算出部１３は、入力部１２を介して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。予測部１４は、算出された使用電力量、すなわち電力メータ３００により計測された電力量（電力計測値）に基づいて、電力需要者における電力需要の予測値を少なくともデマンド周期ごとに算出する。

記憶部１８は、電力会社との契約に基づく最大需用電力の契約値（契約目標値１８ａ）に加えて、この契約目標値とは異なる値、例えば契約目標値１８ａを１５％マイナスした値（８５％）である任意目標値１８ｂを記憶する。この任意目標値１８ｂは例えば設定部１１を用いて設定入力される。

判定部１５は、予測部１４により算出された予測値が、契約目標値１８ａを超えるか否かを判定する。特に判定部１５は、予測部１４により算出された予測値が、任意目標値１８ｂを超えるか否かも判定する。
警報出力部１６は、判定部１５により、予測値が契約目標値１８ａを超えることが判定されると、視覚アラームあるいは音声アラームなどの警報を出力する。なおアラーム情報を含むパケットなどをＬＡＮ４００に送出するようにしても良い。特に、警報出力部１６は、判定部１５により、予測値が任意目標値１８ｂを超えることが判定された場合にも警報を出力する。予測値が契約目標値１８ａを越えるケース、予測値が任意目標値１８ｂを越えるケースの２通りのケースに応じて異なる警報を発生するようにしても良い。警報が発生されることでオペレータは、現在の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または任意目標値を超える可能性があることを認識できる。

遮断部１７は、予測値が契約目標値１８ａおよび任意目標値１８ｂのうちいずれか一方を超えることが判定されると、稼働中の負荷の一部を既定の優先順位に基づき遮断すなわち停止する。優先順位とは負荷ごとに決められる停止の順番であり、予め設定される。例えば電力使用量は多いが数の少ない負荷を優先的に停止するか、あるいは電力使用量は少ないが数の多い負荷を優先的に停止するようにしても良い。

変更部１９は、季節、曜日および時間帯などの要素に応じて、任意目標値１８ｂの値を変更する。例えば春、秋などの電力需要の比較的低い季節においては任意目標値１８ｂの値を小さくし（契約目標値１８ａの７０％など）、夏、冬などの電力需要の高まる季節においては任意目標値１８ｂの値を高く（契約目標値１８ａの９０％など）するといった処理を変更部１９は実施する。

モニタコントローラＭＣは、使用電力量算出部１３、予測部１４、判定部１５などから視覚表示のためのデータを取得し、これらの情報を例えばＷｅｂブラウザなどの形態でモニタＭに表示し、オペレータに通知する。次に、上位構成における作用を説明する。

図３は、実施形態に係る電力デマンド監視装置１００により実行される処理手順の一例を示すフローチャートである。図３において、契約目標値１８ａおよび任意目標値１８ｂが設定部１１を用いて入力される。そうすると契約目標値１８ａおよび任意目標値１８ｂが記憶部１８に記憶され、システムに設定される（ステップＳ１，Ｓ２）。

次に電力デマンド監視装置１００は、現在の条件、すなわち現時点の季節、曜日、時間帯などの条件に基づいて任意目標値１８ｂを変更する（ステップＳ３）。変更にあたっては、条件ごとに任意目標値１８ｂの値を記録したデータベースを予め用意してその内容に沿って変更するという形態がある。あるいは、条件ごとに契約目標値１８ａとの比率を予め登録しておき、その比率に基づく計算により任意目標値１８ｂを変更するようにしても良い。

次に電力デマンド監視装置１００は、電力計測値を取得し（ステップＳ４）、その値に基づいて電力需要の予測値を算出する（ステップＳ５）。予測値が算出されると表示制御が実行され（ステップＳ６）、例えば図４に示すような２通りのグラフがモニタＭに表示される。なお電力デマンド監視装置１００はデマンド周期の開始からの経過時間、デマンド周期の残り時間、使用電力量、使用可能電力、調整電力、予測需要電力なども算出し、モニタＭにはこれらの情報をも併せて表示しても良い。

図４は、計測時の使用電力量、電力量の予測値および基準電力量を示すグラフを示し、このグラフはデマンド監視曲線とも称される。図４（ａ）は、契約目標値１８ａと使用電力量とを比較して示す図であり、デマンド周期の契約終了時の契約電力と原点とを結ぶ直線（１）は基準電力を示す。（２）の曲線は使用電力量を時系列で示す。点線は現時点の使用電力量から時限終了時の使用電力量を予測する予測値を示す。なお予測値は次式で求められる。

予測電力＝現在電力＋ΔＰ／Δｔ×時限終了までの残り時間
Δｔ：現在時刻より前の瞬時的な時間
ΔＰ：現在時刻より前のΔｔにおける平均電力
図４（ｂ）には曲線（２）と、任意目標値１８ｂを反映する直線（３）とを示す。実施形態においては契約目標値１８ａ＞任意目標値１８ｂであるので、直線（３）の傾きは直線（１）よりも緩やかになっている。

次に電力デマンド監視装置１００は、まず予測値と契約目標値１８ａとを比較し（ステップＳ７）、予測値が契約目標値１８ａ以上になる、または予測値が契約目標値１８ａを超えることを判定すると（Ｙｅｓ）警報を出力する（ステップＳ８）。続いて電力デマンド監視装置１００は、規定の優先順位に基づいて遮断すべき負荷を特定する（ステップＳ９）。

すなわち電力デマンド監視装置１００は、ステップＳ７におけるＹｅｓの判定を解消すべく、複数の負荷のうち少なくとも一部を停止することを判定する。そして電力デマンド監視装置１００は、特定した負荷を遮断するための信号を生成出力して遮断制御を行う（ステップＳ１０）。ステップＳ１０に続いて、またはステップＳ７でＮｏであれば処理手順は次のステップに移行する。

次に電力デマンド監視装置１００は、予測値と任意目標値１８ａとを比較し（ステップＳ１１）、予測値が任意目標値１８ｂ以上になる、または予測値が任意目標値１８ｂを超えることを判定すると（Ｙｅｓ）警報を出力する（ステップＳ１２）。図４（ｂ）によれば、予測値が現在時刻からほどなくして任意目標値１８ｂを超えることが予想され、この結果に基づいて警報出力部１６は警報を発生出力する。

ステップＳ１２における警報の出力の形態はステップＳ８と同じでも良いし、異なっていても良い。好ましくはステップＳ８における警報のランクを、ステップＳ１２における警報のランクよりも高くするのが良い。
ステップＳ１２に続いて、またはステップＳ１１でＮｏであれば次のデマンド周期への処理手順が開始され（ステップＳ１３）、処理手順はステップＳ３に戻る。

以上説明したようにこの実施形態では、契約目標値１８ａに加えて任意目標値１８ｂを登録できるようにし、この任意目標値１８ｂをターゲットとする電力デマンド監視をも実施できるようにした。任意目標値１８ｂは電力需要者により自主的に設定される電力需要の目標値として位置づけることができるので、需要者のより積極的な電力管理を促すことができ、省エネルギー効果に資するところが大きい。

また実施形態では、任意目標値１８ｂを季節、曜日、時間帯などに基づいて自動的に変更するようにしているので、よりきめの細かい電力デマンド監視を実現することができるばかりか、契約のみでは必ずしも十分でなかった電力抑制意識を啓蒙することも可能になる。

さらに実施形態では、予測値が契約目標値１８ａを超過しそうな場合に警報を出力するだけでなく、あらかじめ登録した優先順位に従って負荷を自動的に遮断するようにしている。よって電力抑制効果をさらに高めることが可能になる。さらには、昨今の社会情勢において求められる電力消費量の削減に、より効果的に対応することが可能になる。

これらのことから、需要者における自主的な節電努力を支援することの可能な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が可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば図３のステップＳ２において任意目標値１８ｂを入力するようにしたが、これに代えて、任意目標値１８ｂの契約目標値１８ａに対する比率を入力するようにしても良い。つまりこのステップで［８０％］を入力すると、任意目標値１８ｂの値として契約目標値１８ａの２０％減の値がセットされるようにしても良い。
また実施形態では予測値が契約目標値１８ａ以上になるケースで遮断制御を行うようにしたが、予測値が任意目標値１８ｂ以上になるケースでも遮断制御を行って良い。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００…電力デマンド監視装置、２１〜２ｍ…ローカルコントロールサーバ（ＬＣＳ）、４００…ＬＡＮ、２００…大画面モニタ、３００…電力メータ、１１…設定部、１２…入力部、１３…使用電力量算出部、１４…予測部、１５…判定部、１６…警報出力部、１７…遮断部、１８…記憶部、１９…変更部、ＭＣ…モニタコントローラ、Ｍ…モニタ

Claims (2)

1. 電力の需要者に備わる負荷により個別に使用される電力量を計測する電力計測手段により計測される電力量に基づいて前記需要者における電力需要の予測値を算出する予測部と、
   前記電力の供給者と前記需要者との契約に基づく契約目標値とは異なる任意目標値を設定するための設定部と、
   季節、曜日および時間帯の少なくともいずれか１つの要素に応じて、当該要素と前記電力需要との関係に基づいて前記任意目標値を変更する変更部と、
   前記契約目標値および前記任意目標値の少なくともいずれか一方を前記予測値が超えるか否かを判定する判定部と、
   前記判定部により、前記予測値が前記契約目標値および前記任意目標値の少なくともいずれか一方を超えることが判定されると、警報を出力する出力部と、
   前記判定部により、前記予測値が前記契約目標値および前記任意目標値の少なくともいずれか一方を超えることが判定されると、稼働中の負荷の一部を既定の順位に基づき停止する制御部とを具備する、電力デマンド監視装置。
2. 電力デマンドを監視する装置により実行される電力デマンド監視方法において、
   電力の需要者に備わる複数の負荷により個別に使用される電力量を計測する電力メータにより計測された電力量に基づいて、前記装置が前記需要者における電力需要の予測値を算出し、
   前記電力の供給者と前記需要者との契約に基づく契約目標値とは異なる任意目標値を、季節、曜日および時間帯の少なくともいずれか１つの要素に応じて、当該要素と前記電力需要との関係に基づいて前記装置が変更し、
   前記契約目標値および前記任意目標値の少なくともいずれか一方を前記予測値が超えるか否かを前記装置が判定し、
   前記予測値が前記契約目標値および前記任意目標値の少なくともいずれか一方を超えることが判定されると、前記装置が警報を出力し、
   前記予測値が前記契約目標値および前記任意目標値の少なくともいずれか一方を超えることが判定されると、前記装置が、稼働中の負荷の一部を既定の順位に基づき停止する、電力デマンド監視方法。

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