JP6034211B2 - 運転制御装置、運転制御方法及び運転制御プログラム - Google Patents
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Description
(1) 蓄熱槽と蓄電池とからなるエネルギー蓄積機器
(2) 前記エネルギー消費機器に関するエネルギー需要量の予測値を作成する需要予測部
(3) 前記需要予測部によって作成された予測値、前記熱源機器の許容出力及び前記エネルギー蓄積機器の容量に基づき、前記蓄熱槽の冷水出力が前記蓄熱槽の容量を超過しない範囲又は前記蓄電池の放電電力が前記蓄電池の容量を超過しない範囲で、ピーク時間帯の前記エネルギー需要量が当該ピーク時間帯の周辺の他の時間帯のエネルギー需要量と一致するよう、前記熱源機器及び前記エネルギー蓄積機器の少なくとも一方に関する運転スケジュールを作成するスケジュール作成部
(4)前記運転スケジュールに従って、前記熱源機器又は前記エネルギー蓄積機器を作動させる制御設定値を作成する制御設定値作成部
[A.構成]
まず、本実施形態が適用されるシステムの構成を、図1を参照して説明する。本システムは、エネルギー供給プラント1を制御するシステムであって、監視制御装置2、運転制御装置3を有する。
エネルギー供給プラント1は、冷却塔10、水冷冷凍機11、空冷HP(ヒートポンプ)12、蓄熱槽13、蓄電池14、ポンプ15〜18、バルブ19〜21、空調機23、照明24を有する。
監視制御装置2は、上記のエネルギー供給プラント1が、正常に動作しているかどうかを監視する装置である。
運転制御装置3は、制御対象機器の運転スケジュールに基づく制御設定値を、監視制御装置2に出力することにより、エネルギー供給プラント1の運転を制御する装置である。
送受信部31は、監視制御装置2との間の情報の送受信を行う処理部である。また、送受信部31は、ネットワーク5を介して、外部との情報の送受信を行うこともできる。
プロセスデータ取得部32は、送受信部31を介して、プロセスデータを取得する処理部である。プロセスデータは、プラントデータ、気象データを含む。プラントデータは、エネルギー供給プラント1から取得される制御対象機器、エネルギー消費機器等の運用実績を示すデータである。例えば、過去の1日毎の冷水及び電力の需要実績データは、プラントデータに含まれる。
プロセスデータ記憶部33は、プロセスデータ取得部32が取得したプロセスデータを記憶する処理部である。
モデルデータ入力部34は、エネルギー供給プラント1のモデルデータを入力する処理部である。モデルデータは、エネルギー供給プラント1の構成を示す情報である。
モデルデータ記憶部35は、モデルデータ入力部34が入力したモデルデータを記憶する処理部である。
演算処理部36は、プロセスデータ及びモデルデータに基づいて、エネルギー供給プラント1の運転スケジュール及び制御設定値を求める処理部である。
開始指示部38は、あらかじめ設定されたタイミングで、演算処理部36による需要予測、スケジュール作成、制御設定値作成等の実行を開始させる処理部である。例えば、実行日の前日にスケジュールを作成する場合、1日のうちの所定時間を設定タイミングとすることが考えられる。これを毎日にするか、何日おきにするか、何時にするかは、自由に設定可能である。
需要予測部39は、プロセスデータ記憶部33に記憶された過去の所定期間の気象データ及びプラントデータに基づいて、エネルギー供給プラント1の所定期間の需要を予測する処理部である。ここでいうエネルギー需要には、例えば、エネルギー供給プラント1の冷水需要及び電力需要を含む。所定期間は、本実施形態では、1日としているが、数日、1時間又は数時間、1週間又は数週間、1ヶ月又は数ヶ月とする等、自由に設定可能である。この予測の期間は、後述のスケジュールの作成のためのものであるため、スケジュールを作成する期間も、これと同様に設定可能である。また、需要予測部39による予測は、新たなスケジュールを作成するために繰り返し行われるという意味で、予測される所定期間は、所定の周期と捉えることもできる。
スケジュール作成部40は、制御対象機器の運転スケジュールを作成する処理部である。スケジュール作成部40は、図3に示すように、運転停止スケジュール作成401、ピークカット処理部402、蓄熱スケジュール作成部403、蓄電スケジュール作成部404を有する。
運転停止スケジュール作成部401は、蓄熱槽13及び蓄電池14を用いない場合に、冷水需要を満たすように、各時刻において熱源機器を運転及び停止させる運転停止スケジュールを作成する処理部である。この運転停止スケジュール作成部401は、図4に示すように、優先順位決定部401a、運転停止決定部401b、冷水出力決定部401cを有する。
優先順位決定部401aは、熱源機器である水冷冷凍機11及び空冷HP12を作動させる優先順位を決定する処理部である。この優先順位の決定は、例えば、図5に示すように、モデルパラメータとして記憶された冷水製造単価表に基づいて行われる。
運転停止決定部401bは、優先順位決定部401aにより決定された優先順位に基づいて、冷水需要を満たすように、各時刻における熱源機器の運転及び停止に関する運転停止スケジュールを決定する処理部である。
冷水出力決定部401cは、運転停止決定部401bが決定した運転停止スケジュールにより運転とされた熱源機器について、各熱源機器の冷水出力の配分を最適化して、熱源機器の出力を決定する処理部である。この熱源機器の出力の決定は、例えば、図6に示すように、モデルパラメータとして記憶された冷水増分単価表に基づいて行われる。
ピークカット処理部402は、運転停止スケジュールにおいて、需要予測における電力需要を、カットする処理部である。このピークカット処理は、例えば、電力需要が最大となる時間帯の電力需要を、他の時間帯の電力需要の最大値と一致させるように行う。
蓄熱スケジュール作成部403は、熱源機器による蓄熱槽13への蓄熱運転のスケジュールを作成する処理部である。
熱持替部403aは、冷水需要を担う機器を、熱源機器の冷水出力と蓄熱槽13の冷水出力との間で持ち替える(置き換える)処理部である。ここで、持ち替えとは、熱源機器が冷水需要を受け持つか、蓄熱槽13が冷水需要を受け持つかを切り替えることをいう。
蓄熱容量判定部403bは、ピークカット処理部402によりピークカットされた冷水出力合計値が、蓄熱槽13の蓄熱容量を超えるか否かを判定する処理部である。
蓄熱運転決定部403cは、蓄熱容量判定部403bの判定結果と、冷水増分単価表に基づいて、熱源機器による蓄熱槽13への蓄熱運転スケジュールを作成する処理部である。
蓄電スケジュール作成部404は、蓄電池14への蓄電運転のスケジュールを作成する処理部である。蓄電運転スケジュールは、蓄電池14が充電を行う時間帯に関する情報である。この蓄電スケジュール作成部404は、電力持替部404a、蓄電容量判定部404b、充電運転決定部404cを有する。
電力持替部404aは、電力需要を担う電源を、給電と蓄電池13の放電との間で持ち替える(置き換える)処理部である。ここで、持ち替えとは、給電側が電力需要を受け持つか、蓄電池14が電力需要を受け持つかを切り替えることをいう。
蓄電容量判定部404bは、ピークカット処理部402によりピークカットされた電力需要の合計値が、蓄電池14の蓄電容量を超えるか否かを判定する処理部である。
充電運転決定部404cは、蓄電容量判定部404bの判定結果と、時間帯毎の電力単価に基づいて、蓄電池14の蓄電スケジュールを作成する処理部である。
制御設定値作成部41は、上記のように作成された運転スケジュール(運転停止スケジュール、蓄熱スケジュール及び蓄電スケジュール)に基づいて、制御設定値を作成する処理部である。
消費電力短期予測部42は、需要予測部39が予測する所定期間よりも短い周期における消費電力量の予測を行う処理部である。例えば、消費電力短期予測部42は、最大消費電力量を計測する周期内の消費電力量を予測する。
スケジュール修正判定部43は、運転スケジュールを修正するかどうかを判定する処理部である。スケジュール修正判定部43による判定は、例えば、消費電力短期予測部42による消費電力量の予測値が、運転スケジュールにおける当該周期内の最大消費電力量を超えるかどうかにより行う。
スケジュール修正部44は、運転スケジュールを修正する処理部である。スケジュール修正部44は、消費電力短期予測部42の消費電力量の予測値が、運転スケジュールの最大消費電力量を超えないように、蓄熱槽13あるは蓄電池14の運転スケジュールを修正する。
演算結果記憶部37は、制御設定値作成部41が作成した制御設定値を記憶する処理部である。
制御設定値出力部45は、制御設定値作成部41が作成し、演算結果記憶部37に記憶された制御設定値を、監視制御装置2に出力する処理部である。
以上のような本実施形態の動作について、図7〜図28を参照して説明する。
演算処理部36があらかじめ設定された時刻に行う定時演算処理を説明する。以下に説明する処理は、将来の所定の期間における運転スケジュールを作成するものである。例えば、演算処理部36は、1日1回、所定の時刻に、エネルギー供給プラント1の翌日の24時間の運転スケジュールを作成する。
定時演算処理の概要を、図7のフローチャートを参照して説明する。まず、開始指示部38からの開始指示に応じて、需要予測部39は、建物22のエネルギー需要を予測する(ステップ701)。
需要予測部39によるエネルギー需要の予測処理の一例を、図8のフローチャートを参照して説明する。エネルギー需要には、上記のように、冷水需要及び電力需要が含まれる。
スケジュール作成部40が運転スケジュールを作成する処理について、図10及び図11のフローチャート、図12〜図24のグラフ、図25及び図26の表を参照して説明する。
まず、運転停止スケジュール作成部401の優先順位決定部401aが、冷水製造単価表を用いて、熱源機器の起動優先順位を決定する(ステップS1001)。
次に、運転停止スケジュール作成部401の運転停止決定部401bが、決定した起動優先順位に従い、蓄熱槽13及び蓄電池14を用いない場合に、各時刻で必要な熱源機器の運転停止を決定する(ステップS1002)。
また、運転停止スケジュール作成部401の冷水出力決定部401cは、運転となっている熱源機器について、冷水出力を決定する(ステップS1003)。
以上のように、蓄熱槽13及び蓄電池14を用いない場合の熱源機器の運転停止スケジュールが作成されたので、スケジュール作成部40のピークカット処理部402、蓄熱スケジュール作成部403、蓄電スケジュール作成部404が、蓄熱・蓄電スケジュールを作成する。このような蓄熱・蓄電スケジュールの作成処理について、図11のフローチャートを参照して説明する。
まず、ピークカット処理部402が、作成された運転スケジュールのピークカット処理を実行する(S1101)。つまり、ピークカット処理部402は、最大電力需要時間帯の電力需要合計値を、他の時間帯の電力需要合計値の最大値と一致させるようにカットする。
まず、ピークカット処理部402は、蓄熱槽13によるピークシフト処理を行った後の電力需要合計値に対して、最大電力需要時間帯のピークカット処理を実行する(ステップS1107)。このピークカット処理の手法は、蓄熱槽13によるピークシフトと同様に、最大電力需要時間帯の電力需要合計値を、他の時間帯の電力需要合計値の最大値と一致させるようにカットする。
制御設定値作成部41は、運転停止スケジュールに応じて、制御対象機器の制御設定値を作成する(ステップS703)。
演算結果記憶部37は、作成された制御設定値を記憶する(ステップS704)そして、制御設定値出力部45は、演算結果記憶部37の制御設定値を参照して、現在時刻に対応した指示を監視制御装置2に出力する。
以上のように、前日に作成された運転スケジュールに基づいて、実行日当日に、エネルギー供給プラント1の制御対象機器が実際の運転を開始する。
以上のような本実施形態によれば、単に電力需要がピークとなる時間帯の消費電力を削減するのではなく、受電電力全体から見て、ピークが最小化するように、運転スケジュールを作成することができる。
本実施形態は、上記の態様に限定されるものではなく、以下に例示する態様も構成可能である。
2…監視制御装置
3…運転制御装置
4…気象情報記憶装置
5、N1、N2…ネットワーク
6…情報通信装置
10…冷却塔
11…水冷冷凍機
12…空冷HP
13…蓄熱槽
14…蓄電池
15〜18…ポンプ
19〜21…バルブ
22…建物
23…空調機
24…照明
31、61…送受信部
32…プロセスデータ取得部
33…プロセスデータ記憶部
34…モデルデータ入力部
35…モデルデータ記憶部
36…演算処理部
37…演算結果記憶部
38…開始指示部
39…需要予測部
40…スケジュール作成部
41…制御設定値作成部
42…消費電力短期予測部
43…スケジュール修正判定部
44…スケジュール修正部
45…制御設定値出力部
62…制御情報出力部
63…表示部
64…入力部
401…運転停止スケジュール作成部
402…ピークカット処理部
403…蓄熱スケジュール作成部
404…蓄電スケジュール作成部
401a…優先順位決定部
401b…運転停止決定部
401c…冷水出力決定部
403a…熱持替部
403b…蓄熱容量判定部
403c…蓄熱運転決定部
404a…電力持替部
404b…蓄電容量判定部
404c…充電運転決定部
Claims (7)
- エネルギー消費機器にエネルギーを供給するため熱源機器及びエネルギー蓄積機器を制御する運転制御装置であって、
前記エネルギー蓄積機器は蓄熱槽と蓄電池とからなり、
前記エネルギー消費機器に関するエネルギーの需要量の予測値を作成する需要予測部と、
前記需要予測部によって作成された予測値、前記熱源機器の許容出力及び前記エネルギー蓄積機器の容量に基づき、前記蓄熱槽の冷水出力が前記蓄熱槽の容量を超過しない範囲又は前記蓄電池の放電電力が前記蓄電池の容量を超過しない範囲で、ピーク時間帯の前記エネルギー需要量が当該ピーク時間帯の周辺の他の時間帯の前記エネルギー需要量と一致するよう、前記熱源機器及び前記エネルギー蓄積機器の少なくとも一方に関する運転スケジュールを作成するスケジュール作成部と、
前記運転スケジュールに従って、前記熱源機器又は前記エネルギー蓄積機器を作動させる制御設定値を作成する制御設定値作成部と、
を有することを特徴とする運転制御装置。 - 前記スケジュール作成部は、前記エネルギー蓄積機器の容量に相当する削減量に達するまで、前記需要予測部によって作成された予測値において最大となるピーク時間帯の需要が、他の時間帯の需要の最大値と一致するようにカットするピークカット処理部と、
前記ピークカット処理部によりカットされた需要量を確保するように、蓄熱槽の蓄熱スケジュールを作成する蓄熱スケジュール作成部及び蓄電池の蓄電スケジュールを作成する蓄電スケジュール作成部と、
を有し、
前記蓄熱スケジュール作成部は、前記蓄電スケジュール作成部に優先して、蓄熱スケジュールを作成することを特徴とする請求項1記載の運転制御装置。 - 前記スケジュール作成部は、
前記熱源機器のみにより、前記需要量の予測値を満たす前記熱源機器の運転停止のスケジュールを作成する運転停止スケジュール作成部と、
運転させる熱源機器として、熱の製造単価が安いものを優先させる優先順位決定部と、
を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の運転制御装置。 - 前記需要予測部よりも短い周期で、消費電力の予測値を求める消費電力短期予測部と、
前記消費電力の予測値に基づいて、前記運転スケジュールの修正の要否を判定するスケジュール修正判定部と、
前記スケジュール修正判定部により修正が必要と判定された場合に、前記運転スケジュールを修正するスケジュール修正部と、
を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の運転制御装置。 - 前記スケジュール修正判定部は、前記消費電力短期予測部により予測される消費電力の予測値が、消費電力量の計測周期内において、前記スケジュール作成部が作成した運転スケジュールの最大消費電力量を超えるか否かにより、前記運転スケジュールの修正の要否を判定し、
前記スケジュール修正部は、前記消費電力の予測値が、前記最大消費電力量を超えないように、前記運転スケジュールを修正することを特徴とする請求項4記載の運転制御装置。 - コンピュータ又は電子回路が、エネルギー消費機器にエネルギーを供給するため蓄熱槽と蓄電池とからなるエネルギー蓄積機器及び熱源機器の制御を実行する運転制御方法であって、
前記エネルギー消費機器に関するエネルギー需要量の予測値を作成する需要予測処理と、
前記需要予測処理によって作成された予測値、前記熱源機器の許容出力及び前記エネルギー蓄積機器の容量に基づき、前記蓄熱槽の冷水出力が前記蓄熱槽の容量を超過しない範囲又は前記蓄電池の放電電力が前記蓄電池の容量を超過しない範囲で、ピーク時間帯の前記エネルギー需要量が当該ピーク時間帯の周辺の他の時間帯の前記エネルギー需要量と一致するよう、前記熱源機器及び前記エネルギー蓄積機器の少なくとも一方に関する運転スケジュールを作成するスケジュール作成処理と、
前記運転スケジュールに従って、前記熱源機器又は前記エネルギー蓄積機器を作動させる制御設定値を作成する制御設定値作成処理と、
を実行することを特徴とする運転制御方法。 - コンピュータに、エネルギー消費機器にエネルギーを供給するため蓄熱槽と蓄電池とからなるエネルギー蓄積機器及び熱源機器の制御を実行させる運転制御プログラムであって、
前記エネルギー消費機器に関するエネルギーの需要量の予測値を作成する需要予測処理と、
前記需要予測処理によって作成された予測値、前記熱源機器の許容出力及び前記エネルギー蓄積機器の容量に基づき、前記蓄熱槽の冷水出力が前記蓄熱槽の容量を超過しない範囲又は前記蓄電池の放電電力が前記蓄電池の容量を超過しない範囲で、ピーク時間帯の前記エネルギー需要量が当該ピーク時間帯の周辺の他の時間帯の前記エネルギー需要量と一致するよう、前記熱源機器及び前記エネルギー蓄積機器の少なくとも一方に関する運転スケジュールを作成するスケジュール作成処理と、
前記運転スケジュールに従って、前記熱源機器又は前記エネルギー蓄積機器を作動させる制御設定値を作成する制御設定値作成処理と、
を実行させることを特徴とする運転制御プログラム。
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JP2014152984A (ja) | 2014-08-25 |
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