JP5872441B2 - State estimation device and state estimation method - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電力を消費する機器の状態を推定する、ロードサーベイ技術に関する。 Embodiments described herein relate generally to a load survey technique for estimating a state of a device that consumes power.
省エネルギー(省エネ)意識の高まりや災害時におけるエネルギー自給のニーズなどを背景に、エネルギー管理システム(Energy Management System:EMS)が普及しつつある。EMSは電力の需要家(ビル、工場、家庭、店舗、事務所など)の有する需要家機器(以下、電気機器と総称する)の運転スケジュールを作成したり、デマンドレスポンスに対応したりする機能を備える。EMSによれば省エネはもとより、省コスト、CO2排出量の削減、再生可能エネルギーの導入などの多種多様なメリットがもたらされる。 Energy management systems (EMS) are becoming widespread against the background of increasing awareness of energy saving (energy saving) and the need for energy self-sufficiency in the event of a disaster. EMS has functions to create operation schedules for consumer equipment (hereinafter collectively referred to as electrical equipment) possessed by electricity consumers (buildings, factories, homes, stores, offices, etc.) and to respond to demand response. Prepare. According to EMS, not only energy saving but also various advantages such as cost saving, reduction of CO2 emission, introduction of renewable energy, etc. are brought about.
複数の電気機器を最適に運転させるためにはそれぞれの電気機器の現在の状態を知ることが必要である。しかし、電気機器に状態を通知する機能を持たせたり、状態を検知するセンサを個別に設けたりすることはコスト面などから得策でない。多数の電気機器を備えるビルや工場ではなおさらである。そこで、需要家内の配電系統に接続したセンサにより得た波形を高調波解析して稼働中の電気機器を推定する技術が提案されている。 In order to optimally operate a plurality of electrical devices, it is necessary to know the current state of each electrical device. However, it is not advantageous from the viewpoint of cost or the like to provide an electric device with a function of notifying the state or providing a sensor for detecting the state individually. This is especially true in buildings and factories with many electrical devices. In view of this, a technique has been proposed in which a waveform obtained by a sensor connected to a distribution system in a consumer is subjected to harmonic analysis to estimate an operating electrical device.
提案されたいずれの技術も、稼働中の電気機器を推定すること、つまり電気機器のオン/オフを推定することを狙いとするものである。しかしながら近年の電気機器には単純なオン/オフだけでなく複数の運転モードを持つものがあり、これらの機器が混在すると既存の手法では対応が困難である。また、デマンドレスポンスに応じてオフする機器を決めようにも稼働中の電気機器の運転モードが分からなければ決めようがない。工場などで盲目的に電気機器を停止してしまうと膨大な損害がもたらされるケースもある。電気機器のオン/オフだけでなく、運転モードをも簡易に推定可能とする技術が要望されている。 All of the proposed technologies are aimed at estimating an electric device in operation, that is, estimating on / off of the electric device. However, some recent electrical devices have not only simple on / off but also a plurality of operation modes. When these devices are mixed, it is difficult to cope with existing methods. In addition, it is impossible to determine the device to be turned off according to the demand response unless the operation mode of the operating electric device is known. In some cases, blindly shutting down electrical equipment in factories can cause enormous damage. There is a demand for a technique that can easily estimate not only the on / off state of electrical equipment but also the operation mode.
目的は、電気機器の運転モードを簡易に推定可能な状態推定装置および状態推定方法を提供することにある。 An object is to provide a state estimation device and a state estimation method capable of easily estimating an operation mode of an electric device.
実施形態によれば、状態推定装置は、計算部と、データベースと、推定部とを具備する。計算部は、電気機器の接続される給電系統に生じる電力の波形を高調波解析して、有効電力高調波の次数ごとの高調波成分を算出する。データベースは、高調波の次数ごとの高調波含有率を電気機器の運転モードごとに記憶する。推定部は、算出された次数ごとの高調波成分から、データベースに記憶される高調波含有率に基づいて運転モードごとの消費電力を逆算し、その結果に基づいて電気機器の運転モードを推定する。 According to the embodiment, the state estimation device includes a calculation unit, a database, and an estimation unit. The calculation unit performs harmonic analysis on the waveform of the power generated in the power feeding system to which the electrical device is connected, and calculates a harmonic component for each order of the active power harmonic. A database memorize | stores the harmonic content rate for every order of a harmonic for every operation mode of an electric equipment. The estimation unit back-calculates the power consumption for each operation mode based on the harmonic content stored in the database from the calculated harmonic components for each order, and estimates the operation mode of the electric device based on the result. .
図1は、実施形態に係る状態推定装置を適用可能なエネルギー管理システムの一例を示す図である。実施形態では需要家の一例としてビルを採りあげる。このほか病院、研究施設、学校、工場なども需要家になり得る。図1において、電力系統(power grid)からビル内の母線に引き込まれた電力は、母線からフィーダを介して例えば各階のローカル系統(local grid)40に分配される。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an energy management system to which the state estimation device according to the embodiment can be applied. In the embodiment, a building is taken as an example of a consumer. In addition, hospitals, research facilities, schools, factories, etc. can be customers. In FIG. 1, power drawn from a power grid to a bus in the building is distributed from the bus to a
電気機器30−1〜30−5はコンセントなどを介してローカル系統40に接続され、それぞれローカル系統40から電力の供給を受けて機能する。電気機器30−1〜30−5は、例えば、空調機(エアコン)、ノートPC、デスクトップPC、コピー/プリンタ、及び照明器具などである。工場などにおいては半導体製造機器なども電気機器に含まれる。
The electric devices 30-1 to 30-5 are connected to the
母線からローカル系統40に至るフィーダには測定装置20が接続される。測定装置20は、フィーダからローカル系統40に供給される電流、電圧、電力などの電気的物理量の値(以下、測定量と総称する)を取得する。取得された測定量は状態推定装置10に与えられる。
A
状態推定装置10は測定量に基づいて、電気機器30−1〜30−5の状態や消費される電力負荷、有効電力の値などを推定する。実施形態では特に、状態推定装置10は、電気機器30−1〜30−5のそれぞれの運転モードと、当該運転モードにおける消費電力(以下、運転モード消費電力と称する)とを推定するとする。
The
状態推定装置10による推定の結果は、エネルギー管理サーバ50に渡される。エネルギー管理サーバ50は、状態推定装置10から取得した情報に基づいて、需要家の消費エネルギーのピークカット、ピークシフト、あるいはデマンドレスポンスなどの制御を実施する。
The result of estimation by the
なお図1においてはビルの1階に至るフィーダに測定装置20を接続する例を示すが、この限りではない。例えば電力系統からの分岐線や母線に測定装置20を接続してビル全体での測定量を得るようにしても良い。また、状態推定装置10およびエネルギー管理サーバ50がビル監視室に設置される例を示すが、これも一例である。次に、複数の実施形態につき説明する。
In addition, although the example which connects the
[第1の実施形態]
図2は、図1に示される状態推定装置10の一例を示す機能ブロック図である。状態推定装置10は、例えば、CPU(Central Processing Unit)およびメモリを備えるハードウェアとしてのコンピュータと、CPUにより実行される命令を含むソフトウェアとしてのプログラムとが協働して実現される。
[First Embodiment]
FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of the
状態推定装置10は、計算部11、保存部12、推定部13、およびデータベース14を備える。このうちデータベース14は、電気機器の運転モードごとの有効電力高調波成分を記憶する。つまりデータベース14は、高調波の次数ごとの高調波含有率(後述する)を電気機器の運転モードごとに記憶する。予めデータベース14に記憶された高調波成分と、計算部11により算出された高調波成分計算結果とを比較することで、電気機器の運転モードおよび運転モード消費電力を推定することが可能である。
The
計算部11は、測定装置20から与えられる測定量の波形を分析し、有効電力の高調波成分を計算する。つまり計算部11は、ローカル系統40に生じる電力の波形を高調波解析して、有効電力高調波の次数ごとの高調波成分を算出する。算出された高調波成分の計算結果(高調波成分計算結果)は、保存部12に保存されるとともに推定部13に渡される。
The
推定部13は、高調波成分計算結果に基づいてデータベース14を参照し、電気機器のそれぞれの運転モードと、運転モード消費電力とを推定する。つまり推定部13は、計算部11により算出された次数ごとの高調波成分から、データベース14に記憶される高調波含有率に基づいて運転モードごとの消費電力を逆算する。そしてその結果に基づいて、推定部13は電気機器の運転モードを推定する。
The
図3は、測定装置20により取得される測定量の波形の一例を示す図である。図3のグラフにおいて横軸を時間とし、縦軸を測定値とする。電圧V、電流I、および電力Pの各波形が示される。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a waveform of a measurement amount acquired by the
電力の瞬時値をp、電圧の瞬時値をv、電流の瞬時値をiとすると式(1)の関係が成り立つ。
式(1)から分かるように、測定量として電圧の瞬時値vと電流の瞬時値iとを得ることができれば、電力の瞬時値pを計算で求めることができる。 As can be seen from Equation (1), if the instantaneous voltage value v and the instantaneous current value i can be obtained as measured quantities, the instantaneous power value p can be obtained by calculation.
図4は、計算部11の一例を示す機能ブロック図である。計算部11はその処理機能としてFFT処理部111を備える。FFT処理部111は測定装置20から取得した測定量を高速フーリエ変換(Fast Fourier Transformation:FFT)し、測定量の波形に含まれる高調波成分を次数ごとに算出する。算出された高調波成分(高調波成分計算結果)は保存部12に記憶される。FFT処理は電力の瞬時値p、電圧の瞬時値v、電流の瞬時値iのいずれについても実施することが可能である。
FIG. 4 is a functional block diagram illustrating an example of the
多くの電力機器では、運転時の電圧と電流との位相がほぼ等しいと看做せるので、各高調波成分の力率を力率=1と近似することが可能である。これに対し運転時の電圧と電流との位相差の大きい電気機器では次式(1)′のように高調波成分を補正する。
有効電力Pの高調波成分 = 電力Pの高調波成分×高調波成分の力率
= 電力Pの高調波成分×cos(θ) ・・・(1)′
θ:高調波成分の電圧と電流との位相差
力率:cos(θ)
図5は、FFT処理部111から出力される高調波成分計算結果(実測高調波成分結果)の一例を示すグラフである。図5において、横軸は高調波の次数を示し、縦軸は次数ごとの高調波成分の含有率(高調波含有率)を示す。図5には有効電力Pの高調波成分と電圧Vの高調波成分との双方が示される。高調波含有率は高調波の次数ごとに計算することができ、次式(2)で定義される。
Harmonic component of active power P = Harmonic component of power P x Power factor of harmonic component
= Harmonic component of power P × cos (θ) (1) ′
θ: Phase difference between voltage and current of harmonic components
Power factor: cos (θ)
FIG. 5 is a graph showing an example of harmonic component calculation results (measured harmonic component results) output from the
次に、図2に示されるデータベース14に記憶される内容につき説明する。図6〜図9に、データベース14に記憶される内容の一例を示す。これらは電気機器の一つの運転モードにおける高調波成分の次数ごとの含有率を示すグラフであり、横軸が次数を示し、縦軸が次数ごとの高調波含有率を示す。或る電気機器の運転モードをM1〜MNと表記して区別することにすると、図6〜図9は、それぞれ運転モードM1,M2,M3,M4における高調波含有率の分布を示す。運転モードごとの高調波含有率を総称して高調波含有率パターンと称する。
Next, the contents stored in the
図10は、電気機器の運転モードの遷移の一例を示す図である。或る電気機器は、起動直後の開始モードから過渡モード、定常モード1、定常モード2を経て終了モードに至る、5つの運転モードを有するとする。それぞれの運転モードM1,M2,M3,M4,M5における、有効電力で表した運転モード消費電力をPL1,PL2,PL3,PL4,PL5と表記する。
なお、高調波解析の手法はFFTに限らない。例えば、ウェーブレット変換などの手法も利用可能である。次に、上記構成における作用を説明する。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the transition of the operation mode of the electric device. It is assumed that an electrical device has five operation modes from a start mode immediately after startup to a transition mode, a
Note that the method of harmonic analysis is not limited to FFT. For example, a technique such as wavelet transform can be used. Next, the operation of the above configuration will be described.
図11は、推定部13における処理の一例を模式的に示す図である。先ず、式(2)から算出されるi番目の次数の高調波含有率をαiとし、運転モード消費電力をPLとし、運転モード消費電力のi番目の次数の高調波の大きさをPL_iとすれば、式(3)の関係が成り立つ。
N次までの高調波を含む運転モードの運転モード消費電力PLは、式(3)を参照して式(4)により表すことができる。
運転モードMjの運転モード消費電力をPLjとし、i番目の次数の高調波含有率をαijとすれば、式(5)の関係が成り立つ。
さて、例えば図10における各運転モード消費電力PL1,PL2,PL3,PL4,PL5と、測定装置20を通過する有効電力Pとの間には、ロス分を無視できるとすると次式(6)の関係がある。
式(6)は複数の電気機器の存在を考慮した式であるが、電気機器を1つとすれば式(6)は式(7)のようにも表わすことができる。
PがN次の高調波を含むと仮定し、i次の高調波成分をPiとすれば、式(8)の関係が成り立つ。
式(8)、式(4)、式(5)から、Pのi次の高調波と、運転モード消費電力のi次の高調波との間には式(9)の関係が成り立つ。
式(9)を高調波の次数ごとにまとめ、高調波の次数を5次までで考えると、式(10)に示す行列式が得られる。
式(10)を運転モード消費電力PL1、PL2、PL3、PL4、PL5について書き直すと式(11)となる。
式(11)において、αijはデータベース14に記憶される量であり、つまり既知の量である。またP1、・・・、P5は測定装置20により測定された有効電力Pに含まれる高調波成分であるから(式(8))、式(11)に基づいて運転モード消費電力PL1、PL2、PL3、PL4、PL5を求めることができる。
In equation (11), αij is an amount stored in the
すなわち図11において推定部13は、高調波成分P1〜P5を保存部12から取得し、高調波含有率αijをデータベース14から取得する。そして推定部13は、高調波成分P1〜P5から式(11)を用いて、高調波含有率αijに基づいて運転モード消費電力PL1、PL2、PL3、PL4、PL5を逆算する。
That is, in FIG. 11, the
運転モード消費電力PL1、PL2、PL3、PL4、PL5は運転モードと一対一に対応するので、電気機器の運転モードを個別に推定することが可能になる。得られた運転モード消費電力PL1〜PL5および運転モードは、推定結果としてエネルギー管理サーバ50に渡される。
Since the operation mode power consumption PL1, PL2, PL3, PL4, and PL5 correspond to the operation mode on a one-to-one basis, it becomes possible to estimate the operation mode of the electric device individually. The obtained operation mode power consumption PL1 to PL5 and the operation mode are passed to the
図12は、推定部13による処理を説明するための模式図である。運転モードM1〜MNはそれぞれ固有の高調波パターンと、有効電力PL1〜PLNを持つ。運転モードM1〜MNの高調波パターンは式(10)のマトリクス[αij]における列ベクトルで示され、データベース14に予め記憶されている
一方、測定装置20により得られた測定量をFFT処理すると、測定点における有効電力の高調波成分(P1〜PN)が得られる。P1〜PNはPL1〜PLNに式(10)のマトリクス[αij]を乗算して得られるので、P1〜PNにマトリクス[αij]の逆行列を乗じればPL1〜PLNを逆算することが可能である。PL1〜PLNを求めることができれば、すなわち運転モードM1〜MNを特定することができる。
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining processing by the
以上述べたように第1の実施形態では、測定した有効電力の波形をFFT処理により高調波解析し、次数ごとの高調波成分P1〜PNを算出する。また、運転モードごとの高調波パターンを予め求めておき、高調波含有率をデータベース14に記憶させる。そして、高調波含有率に基づいて、次数ごとの高調波成分P1〜PNから運転モードごとの有効電力PL1〜PLNを逆算することにより、電気機器の運転モードを推定するようにしている。これにより、一つの測定点(測定装置20)における測定結果から運転モードを電気機器の運転モードを計算して求めることができるようになり、電気機器の運転モードを簡易に推定することが可能となる。
As described above, in the first embodiment, the measured active power waveform is subjected to harmonic analysis by FFT processing, and the harmonic components P1 to PN for each order are calculated. Further, a harmonic pattern for each operation mode is obtained in advance, and the harmonic content is stored in the
つまり第1の実施形態によれば、ローカル系統40に接続される電気機器がビルの1つの階、あるいはビル全体にわたり広域に設置されていても、一つの測定点において得られた測定データに基づいて各電気機器の運転モードを推定することが可能になる。従って多数の計測装置や通信設備などを設けなくとも良いので、設備コストを抑えることが可能になる。また、運転モードを特定することにより、需要家におけるピークカットやピークシフトなどの需給制御もスマートに実施することが可能になる。
That is, according to the first embodiment, even if the electrical equipment connected to the
さらには、デマンドレスポンスへのインテリジェントな対応が可能になる。つまり、電気機器には停止させることで損害を生じる運転モードがある。そこで、実施形態の手法により運転モードを推定し、デマンドレスポンスを要求された際には損害の少ない運転モードにある電気機器から停止させるようにすることで、コストインパクトを最小限に抑えることも可能になる。 Furthermore, intelligent response to demand response becomes possible. In other words, there is an operation mode in which electric devices cause damage when stopped. Therefore, it is possible to minimize the cost impact by estimating the operation mode using the method of the embodiment and stopping from the electrical equipment in the operation mode with less damage when demand response is requested. become.
[第2の実施形態]
図13は、推定部13における処理の他の例を模式的に示す図である。再び図6〜図9を参照すると、運転モードごとに、高調波成分の含有率(高調波パターン)に特徴のあることが分かる。例えば、図6の運転モードM1は次数5,7,11,13,17,19に特徴を持つ。図8の運転モードM3は次数3、5,7,9,11,13,15、17,19に特徴を持つ。図9の運転モードM4は次数3,5,7,9,11に特徴を持つ。
[Second Embodiment]
FIG. 13 is a diagram schematically illustrating another example of processing in the
そこで、特徴のある次数を選択して、式(11)に代入することで、運転モードをより高い精度で推定することが可能になる。例えば、運転モードM1は17次、19次に、運転モードM3は3次、15次に、運転モードM4は、次数3,5,7に有意な特徴を示すので、例えば次数3,5,7,15,17を式(11)に当てはめると式(11)は式(12)のように示される。
図13において、推定部13は、測定点の有効電力の高調波成分のうちP3、P5、P7、P15、P17を保存部12から取得し、データベース14から3次,5次,7次,15次,17次の高調波含有率を取得し、式(12)を用いて運転モード消費電力PL1、PL2、PL3、PL4、PL5を得ることが示される。
In FIG. 13, the
図14は、推定部13における処理の他の例を模式的に示す図である。ここでは、電力ロスを考慮の対象とし、高調波成分ごとの電力ロスを推定して電力ロスによる誤差を補正する手法につき開示する。
FIG. 14 is a diagram schematically illustrating another example of processing in the
式(9)において、j番目の運転モード消費電力のi次の高調波に起因する電力ロスをPlosijと表記すると、式(13)、式(14)の関係が成り立つ。
式(13)において、rはj番目の運転モードにかかる抵抗を示す。式(14)において、QLijはj番目の運転モードの無効電力のi次の高調波成分を示す。Vijはj番目の運転モードの電圧のi次の高調波成分を示す。aij、bijは、j番目の運転モード消費電力のi次の有効電力高調波成分の近似式にかかる定数を示す。 In Equation (13), r represents the resistance applied to the jth operation mode. In Expression (14), QLij represents the i-th harmonic component of the reactive power in the j-th operation mode. Vij represents the i-th harmonic component of the voltage in the j-th operation mode. aij and bij represent constants relating to the approximate expression of the i-th order active power harmonic component of the j-th operation mode power consumption.
式(13)、式(14)の関係を式(10)に当てはめると、式(10)は式(15)と書き直せる。
式(15)を運転モード消費電力PL1、PL2、PL3、PL4、PL5について書き直すと式(16)となる。
式(16)において、γijは既知の量と看做すことができ、データベース14に予め記憶される。また、P1、・・・、P5は測定装置20により測定された有効電力Pに含まれる高調波成分であるから(式(8))、式(16)に基づいて運転モード消費電力PL1、PL2、PL3、PL4、PL5を求めることができる。
In Expression (16), γij can be regarded as a known amount, and is stored in the
すなわち図14において推定部13は、高調波成分P1〜P5を保存部12から取得し、高調波含有率αijを誤差成分で補正した係数γijをデータベース14から取得する。そして推定部13は、高調波成分P1〜P5から式(16)を用いて、補正した高調波含有率γijに基づいて運転モード消費電力PL1、PL2、PL3、PL4、PL5を逆算する。これにより電気機器の運転モードを個別に推定することが可能になる。
That is, in FIG. 14, the
このように第2の実施形態では、高調波成分ごとの電力ロスを推定し、電力ロスによる誤差を補正して運転モードを推定することが可能になり、より実態に即した処理を実現することが可能になる。 As described above, in the second embodiment, it is possible to estimate the power loss for each harmonic component, correct the error due to the power loss, and estimate the operation mode, thereby realizing more realistic processing. Is possible.
[第3の実施形態]
図15は、推定部13における処理の他の例を模式的に示す図である。第1の実施形態においては、有効電力Pの高調波成分と、運転モード消費電力の高調波成分との間に式(9)、式(10)の関係があることを示した。式(10)に示される行列は正方行列であるが、実際には行と列の数が異なることがある。第3の実施形態ではこのような事態に対処する手法につき説明する。
[Third Embodiment]
FIG. 15 is a diagram schematically illustrating another example of processing in the
式(10)の左辺を実測高調波ベクトル、式(10)の行列における列ベクトルを運転モード高調波ベクトルとし、高調波の数をmとし、電気機器5の数をnとすれば、式(10)を式(17)のように近似式で表すことができる。
式(17)の右辺から求まるベクトルを実測高調波近似値ベクトルP1′,P2′,…,Pm′と表記し、式(17)を式(18)のように表す。
第3の実施形態では、式(17)の左辺と式(18)の左辺との差(誤差)を最小にするベクトル(PL1,PL2,…,PLN)を求め、これを運転モード消費電力PL1、PL2、…、PLNとする。具体的には最小二乗法を用いて誤差を最小にする。 In the third embodiment, vectors (PL1, PL2,..., PLN) that minimize the difference (error) between the left side of Expression (17) and the left side of Expression (18) are obtained, and this is calculated as the operation mode power consumption PL1. , PL2,..., PLN. Specifically, the error is minimized using the least square method.
式(17)の左辺のベクトルと式(18)の左辺のベクトルとの差分ベクトルの、要素ごとの二乗(Sと表記する)を最小化すれば上記誤差を最小化できる。これを数式化すると式(19)を得る。
以下、繁雑を避けるためにi=1からi=nまでの総和をΣで簡略表示する。 Hereinafter, in order to avoid complications, the sum from i = 1 to i = n is simply displayed as Σ.
式(19)を運転モード消費電力の各々で偏微分し、これらを0(零)にするベクトル(PL1,PL2,…,PLN)が運転モード消費電力を表す。式(20)は、式(19)をj番目の運転モード消費電力で偏微分した項を示す。
式(20)を展開すると式(21)を得る。
式(21)を0とし移項すると、行列式(22)を得る。
式(22)右辺の行列は対称行列となり、その各要素はΣαki×αji(k列j行またはj列k行)、Σαji×αji(j列j行の対角成分)となる。[高調波次数の数≧運転モードの数]という条件が成り立てば、この対称行列は正則行列(Non-Singular Matrix)となり逆行列を計算することができる。すなわち、式(23)に基づいてベクトル(PL1,PL2,…,PLN)を求めることができ、従って運転モードおよび運転モード消費電力を計算することが可能である。
すなわち図15において推定部13は、高調波成分P1〜Pmを保存部12から取得し、式(23)に基づいて運転モード消費電力PL1、PL2、・・・、PLnを算出する。これにより電気機器の運転モードを個別に推定することが可能になる。
That is, in FIG. 15, the
[第4の実施形態]
図16は、実施形態に係る状態推定装置を適用可能なエネルギー管理システムの他の例を示す図である。図16においては、電気機器に装置の種別があることを明示する。図1においては電気機器30−1,30−2を装置Aとし、電気機器30−3,30−4を装置Bとし、電気機器30−5を装置Cとする。なお状態推定装置に符号100を付して示す。
[Fourth Embodiment]
FIG. 16 is a diagram illustrating another example of the energy management system to which the state estimation device according to the embodiment is applicable. In FIG. 16, it is clearly shown that there is a device type in the electrical equipment. In FIG. 1, the electrical devices 30-1 and 30-2 are referred to as a device A, the electrical devices 30-3 and 30-4 are referred to as a device B, and the electrical device 30-5 is referred to as a device C. In addition, the code |
以下では説明を分かり易くするために、装置A、装置Bが2つの運転モードを有し、装置Cは1つの運転モードを有するとする。装置Aの2つの運転モードにおける運転モード消費電力を、それぞれPLA_1、PLA_2とする。装置Bの2つの運転モードにおける運転モード消費電力をそれぞれPLB_1、PLBA_2とする。装置Cの運転モード消費電力をPLC_1とする。これらの変数を用いて式(6)を式(24)のように表すことができる。
第1の実施形態と同様の議論により、式(24)から式(25)のように、PLA_1、PLA_2、PLB_1、PLB_2、PLC_1を求めることができる。
電力ロスを考慮すると、式(16)を式(26)のように表すことができる。
以上のように第4の実施形態によれば、電気機器に複数の種別があるケースでも、各装置における消費電力、および運転モードを特定することが可能になる。 As described above, according to the fourth embodiment, it is possible to specify the power consumption and the operation mode in each device even when there are a plurality of types of electrical equipment.
[第5の実施形態]
図17は、一つの装置の運転モードの推移の一例を示す模式図である。図17において横軸は時間を示し、縦軸は各運転モードにおける消費電力Pを示す。簡単のため3つの運転モードを想定し、モードM1を過渡モード、モードM2を定常モード、モードM3を終了モードとする。P1、P2、P3は、それぞれモードM1の装置1台あたりの消費電力、モードM2の装置2台あたりの消費電力、モードM3の装置1台あたりの消費電力を示す。
[Fifth Embodiment]
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating an example of the transition of the operation mode of one device. In FIG. 17, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates power consumption P in each operation mode. For simplicity, three operation modes are assumed, mode M1 is a transient mode, mode M2 is a steady mode, and mode M3 is an end mode. P1, P2, and P3 respectively indicate power consumption per device in mode M1, power consumption per device in mode M2, and power consumption per device in mode M3.
図18は、複数の装置の運転モードの推移の一例を示す模式図である。つまり図18は図17に示す消費電力を全ての装置にわたり総和した値を示すグラフであり、測定点で測定されるモードM1、モードM2、モードM3の各消費電力を示す。当然ながら図18の縦軸スケールは図17の縦軸スケールよりも長い。図18におけるP1m、P2m、P3mは、それぞれモードM1の装置の消費電力の総和、モードM2の装置の消費電力の総和、モードM3の装置の消費電力の総和を示す。 FIG. 18 is a schematic diagram illustrating an example of transition of operation modes of a plurality of apparatuses. That is, FIG. 18 is a graph showing the sum of the power consumption shown in FIG. 17 over all the devices, and shows the power consumption in the modes M1, M2, and M3 measured at the measurement points. Of course, the vertical scale of FIG. 18 is longer than the vertical scale of FIG. P1m, P2m, and P3m in FIG. 18 indicate the total power consumption of the mode M1 device, the total power consumption of the mode M2 device, and the total power consumption of the mode M3 device, respectively.
各モードにおける装置1台の消費電力は装置の定格値として既知であり、データベース14に記憶されている。そこで、運転モードM1の装置稼働台数をn1、運転モードM2の装置稼働台数をn2、運転モードM3の装置稼働台数をn3とすると、式(27)が成り立つ。
以上述べたように第5の実施形態では、高調波解析により得られた運転モードごとの消費電力を、装置1台あたりの消費電力で除算することで、運転モードごとの稼働台数を算出することが可能である。 As described above, in the fifth embodiment, the number of operating units for each operation mode is calculated by dividing the power consumption for each operation mode obtained by the harmonic analysis by the power consumption per device. Is possible.
[第6の実施形態]
図19は、運転を停止した場合の損害を運転モードごとに示す模式図である。図19のグラフの縦軸は、損害の大きさを表す指標Prを示す。図中、Pr1は、モードM1の装置1台が運転を停止した場合の損害を示す。Pr2は、モードM2の装置1台が運転を停止した場合の損害を示す。Pr3は、モードM3の装置1台が運転を停止した場合の損害を示す。データベース14は、運転モードごとに、稼動停止に伴う損害(リスク)を意味する指標Prを対応付けた情報を予め記憶する。
[Sixth Embodiment]
FIG. 19 is a schematic diagram showing damage when the operation is stopped for each operation mode. The vertical axis of the graph in FIG. 19 indicates an index Pr representing the magnitude of damage. In the figure, Pr1 indicates damage when one device in mode M1 stops operation. Pr2 indicates damage when one device in mode M2 stops operation. Pr3 indicates damage when one device in mode M3 stops operation. The
図20は、全ての装置が停止した時の損害Pra、稼働台数n、および消費電力Pmをモードごとに配列して示す図である。Pra、n、およびPmの添え字1,2,3はモードM1,M2,M3に対応する。式(27)によりモードごとの稼働台数n1,n2,n3を知り得るので、Pr1,Pr2,Pr3に稼働台数n1,n2,n3を乗じればトータルでの損害Pr1a,Pr2a,Pr3aを求めることができる。P1m,P2m,P3mの求め方については既に説明したのでここでは省略する。
FIG. 20 is a diagram showing the damage Pra, the number n of operations, and the power consumption Pm when all devices are stopped arranged for each mode.
図20によれば、停止時の損害はモードM2が最小で、モードM1、モードM3の順に大きくなることがわかる。逆に、稼動停止による負荷の低減効果は、モードM3、モードM1、モードM2の順に高いことが示される。推定部13は、推定した運転モードの電気機器を停止した場合のリスクも併せてエネルギー管理サーバ50に出力する。この結果を参照して、エネルギー管理サーバ50は、例えばデマンドレスポンスに対する、より有利な運転計画を立案することが可能になる。つまりエネルギー管理サーバ50は、推定された電気機器の運転モードと停止した際のリスクとに基づいて、稼動停止の可否の優先度を判定することができるようになる。
According to FIG. 20, it can be seen that the damage at the time of stoppage is the smallest in mode M2 and increases in the order of mode M1 and mode M3. On the contrary, the load reduction effect due to the operation stop is shown to be higher in the order of mode M3, mode M1, and mode M2. The
例えば真夏に空調機器を停止すると、労働者の作業効率が低下して損害を生じることがある。あるいは工場における稼働中の製造機器が停止すると、製品の歩留まりが極端に悪化して大きな損害を生じるケースもある。第6の実施形態によればこのような事態に備えることが可能になる。 For example, if the air conditioner is stopped in midsummer, the work efficiency of workers may be reduced, causing damage. Alternatively, when the manufacturing equipment in operation in the factory stops, there is a case where the yield of the product is extremely deteriorated to cause great damage. According to the sixth embodiment, it is possible to prepare for such a situation.
[第7の実施形態]
図21は、状態推定装置の他の例を示す機能ブロック図である。図21においては図2と共通する部分に同じ符号を付して示し、ここでは異なる箇所についてのみ説明する。なお状態推定装置に符号70を付し、図2の構成と区別する。
状態推定装置70は、推定部13により推定した運転モード消費電力を、結果表示部71に渡す。結果表示部71は、ビル監視室などに設置される表示装置(図示せず)に運転モード消費電力をトレンドグラフなどの形態で、グラフィカルに表示する。結果表示部71は表示内容を例えば定期的に、あるいは運転モード消費電力の算出のたびごとに更新する。
[Seventh Embodiment]
FIG. 21 is a functional block diagram illustrating another example of the state estimation device. In FIG. 21, parts that are the same as those in FIG. 2 are given the same reference numerals, and only different parts will be described here. Note that the state estimation device is denoted by
The
図22は、結果表示部71により表示装置に表示される運転モード消費電力の一例を示す図である。グラフの縦軸が運転モード消費電力を示し、横軸は時間(時刻)を示す。図22においては一日24時間にわたる結果を示す。図22においては運転モードM1、運転モードM2、運転モードM3、運転モードM4の各消費電力を一日24時間分プロットしたグラフが示される。
FIG. 22 is a diagram illustrating an example of operation mode power consumption displayed on the display device by the
以上のように第7の実施形態では、運転モードの推定結果とその消費電力を視覚的に表示するようにしている。これによりユーザ(ビルの管理者など)はビル内における電気機器の運転モードとその消費電力を視覚的に把握できるようになり、電力需要のピークカットやピークシフトなどの需給制御に役立てることが可能になる。 As described above, in the seventh embodiment, the estimation result of the operation mode and the power consumption thereof are visually displayed. This allows users (such as building managers) to visually understand the operation mode and power consumption of electrical equipment in the building, which can be used for supply and demand control such as peak cut and peak shift of power demand. become.
[第8の実施形態]
図23は、各モードの継続時間を装置ごとに示すグラフの一例を示す図である。運転モードの継続時間は装置ごとに予め既知であるので、これを例えばテーブル化してデータベース14に記憶させておくようにする。推定部13は、装置の稼動停止に伴う損害と負荷削減との関係(図6:第6の実施形態)に加えて、図23に示される運転モードの継続時間をデータベース14から取得する。そして推定部13は、これらの情報に基づいて、推定された運転モードにある電気機器の負荷制御のタイミングを最適化する。
[Eighth Embodiment]
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a graph indicating the duration of each mode for each device. Since the duration of the operation mode is known in advance for each apparatus, this is, for example, tabulated and stored in the
つまり推定部13は、最大の効果を得ることの可能な装置の稼動停止のタイミングを、運転モードの継続時間を考慮して算出する。これにより、稼動停止に伴う損害と、負荷制御によるコスト抑制との双方のバランスを取った制御が可能となる。
That is, the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら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。これら新規な実施形態は、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。これら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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
30−1〜30−5…電気機器、40…ローカル系統、20…測定装置、10,70,100…状態推定装置、50…エネルギー管理サーバ、11…計算部、12…保存部、13…推定部、14…データベース、71…結果表示部 30-1 to 30-5 ... electric equipment, 40 ... local system, 20 ... measuring device, 10, 70,100 ... state estimation device, 50 ... energy management server, 11 ... calculation unit, 12 ... storage unit, 13 ... estimation Part, 14 ... database, 71 ... result display part
Claims (10)
前記高調波の次数ごとの高調波含有率を前記電気機器の運転モードごとに記憶するデータベースと、
前記算出された次数ごとの高調波成分から、前記データベースに記憶される高調波含有率に基づいて前記運転モードごとの消費電力を逆算し、その結果に基づいて前記電気機器の運転モードを推定する推定部とを具備する、状態推定装置。 A calculation unit that calculates a harmonic component for each order of active power harmonics by performing harmonic analysis on a power waveform generated in a power feeding system to which electrical equipment is connected;
A database for storing the harmonic content for each order of the harmonics for each operation mode of the electrical device;
From the calculated harmonic components for each order, the power consumption for each operation mode is calculated based on the harmonic content rate stored in the database, and the operation mode of the electrical device is estimated based on the result. A state estimation device comprising an estimation unit.
前記推定部は、前記推定された運転モードにおける前記電気機器の数を、前記逆算された消費電力と前記定格値とに基づいて推定する、請求項1に記載の状態推定装置。 The database stores the power consumption for each operation mode as the rated value of the electrical equipment,
The state estimation apparatus according to claim 1, wherein the estimation unit estimates the number of the electrical devices in the estimated operation mode based on the back-calculated power consumption and the rated value.
前記推定部は、前記推定された運転モードの電気機器を停止した場合のリスクを出力する、請求項1に記載の状態推定装置。 The database previously stores information associating risks associated with operation suspensions for each operation mode,
The state estimation device according to claim 1, wherein the estimation unit outputs a risk when the electrical device in the estimated operation mode is stopped.
前記推定部は、前記推定された運転モードの前記継続時間に基づいて、当該運転モードにある電気機器の負荷制御のタイミングを最適化する、請求項1に記載の状態推定装置。 The database stores a duration for each operation mode,
The state estimation device according to claim 1, wherein the estimation unit optimizes the timing of load control of an electric device in the operation mode based on the duration of the estimated operation mode.
前記コンピュータが、電気機器の接続される給電系統に生じる電力の波形を高調波解析し、
前記コンピュータが、有効電力高調波の次数ごとの高調波成分を算出し、
前記コンピュータが、前記高調波の次数ごとの高調波含有率を前記電気機器の運転モードごとにデータベースに記憶し、
前記コンピュータが、前記算出された次数ごとの高調波成分から、前記データベースに記憶される高調波含有率に基づいて前記運転モードごとの消費電力を逆算し、
前記コンピュータが、前記逆算された消費電力に基づいて前記電気機器の運転モードを推定する、状態推定方法。 A state estimation method for estimating the state of an electrical device by a computer,
The computer performs harmonic analysis of the waveform of power generated in a power feeding system to which electrical equipment is connected,
The computer calculates a harmonic component for each order of active power harmonics,
The computer stores the harmonic content for each harmonic order in a database for each operation mode of the electrical equipment,
The computer reversely calculates the power consumption for each operation mode based on the harmonic content stored in the database from the calculated harmonic components for each order.
A state estimation method in which the computer estimates an operation mode of the electric device based on the power consumption calculated in reverse.
前記推定することは、前記推定された運転モードにおける前記電気機器の数を、前記逆算された消費電力と前記定格値とに基づいて推定する、請求項6に記載の状態推定方法。 The computer stores power consumption for each operation mode in the database as a rated value of the electrical equipment,
The state estimation method according to claim 6, wherein the estimating includes estimating the number of the electric devices in the estimated operation mode based on the back-calculated power consumption and the rated value.
前記推定することは、前記推定された運転モードの電気機器を停止した場合のリスクを出力する、請求項6に記載の状態推定方法。 The computer stores in advance in the database information that associates risks associated with the suspension of operation for each operation mode,
The state estimation method according to claim 6, wherein the estimating outputs a risk when the electrical device in the estimated operation mode is stopped.
前記推定することは、前記推定された運転モードの前記継続時間に基づいて、当該運転モードにある電気機器の負荷制御のタイミングを最適化する、請求項6に記載の状態推定方法。 The computer stores the duration for each operation mode in the database,
The state estimation method according to claim 6, wherein the estimating includes optimizing a load control timing of an electric device in the operation mode based on the duration of the estimated operation mode.
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