JP6393215B2

JP6393215B2 - ピーク電力発現予測装置および予測方法

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Publication number: JP6393215B2
Application number: JP2015042154A
Authority: JP
Inventors: 高橋　哲也; 哲也高橋; 隆小柳
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: JP2016161251A

Description

本発明は、ピーク電力が発現する可能性の高さを示すピーク電力発現強度を予測するピーク電力発現予測装置および予測方法に関するものである。

オフィスビル等において、電力料金を抑制する方法としては、電力使用量を減らす方法の他に、最大需要電力（ピーク電力）を下げ、基本料金にあたる契約電力を抑制する方法がある。ピーク電力を抑制するためには、ピーク電力が発現する時間帯の電力消費を抑制する必要がある。オフィスビル等におけるピーク電力は、夏季や冬季に空調負荷が大きく増加することが原因である場合が多い。

ピーク電力を抑制する対策としては、空調設備を前倒し運転して電力消費の平準化を図る方法や、室内温度設定を緩和して空調負荷を減らす方法などがあるが、電力使用量が増加したり、室内環境が悪化したりするリスクが伴う。
したがって、そのリスクを最小限に抑えるために、電力使用量を予測し、ピーク電力が発現する可能性が高いときだけ対策を実施することが望ましい。

従来、電力使用量を予測する技術としては、例えば特許文献１、特許文献２に開示された技術が知られている。特許文献１に開示された技術は、予め用意された気温と電力使用量との関係を用いて、予測対象日の気温予測情報から当日の電力使用量を予測するものである。特許文献２に開示された技術は、予測される電力使用量を算出する複数の予測手段毎に、過去の実績電力使用量と過去の予測電力使用量との誤差を取得し、誤差の時間推移に基づいて１または複数の予測手段を選択し、実績電力使用量の履歴データと選択した１または複数の予測手段とを用いて、電力使用量を予測するものである。

特開２０１４−７５８５１号公報特開２０１４−１６４３９３号公報

特許文献１、特許文献２に開示された従来の予測手法では、空調負荷が関係する電力使用量を、直前の（あるいは予測時点の）気象状態や建物運用状態に関する情報を利用して予測しているが、ピーク電力の発現に影響を与える建物が予測時点に至るまでの経過に関する情報について考慮されていないため、電力の予測精度が低下してしまうという課題があり、ピーク電力発現予測の精度について更なる改善が求められている。

また、従来の予測手法では、気象予報情報など直前の情報を利用するため、予測可能な期間は、翌日分または当日分に限定されてしまう。専任の設備管理員がいないビルなどでは、前日や当日に予測結果を得ても対策を打つことは困難であり、また、専任者がいたとしても、毎日対策の要不要を確認するのは非常に手間がかかるという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ピーク電力が発現する可能性の高さを、翌日分や当日分だけでなく将来にわたって高い精度で予測することができるピーク電力発現予測装置および予測方法を提供することを目的とする。

本発明のピーク電力発現予測装置は、予測対象の建物の空調設備の稼働情報と外気温度情報とを取得するデータ取得手段と、前記空調設備の稼働情報と外気温度情報とに基づいて、ピーク電力が発現する可能性の高さを示すピーク電力発現強度を、指定された予測対象期間に含まれる予測対象日毎に演算するピーク電力発現強度演算手段とを備え、前記ピーク電力発現強度演算手段は、予測対象日の前日が空調設備の稼動日の場合、予測対象日の空調設備の停止時間帯における外気温度と基準温度との差分を累積して、この累積値の絶対値に前日のピーク電力発現強度の一定割合を加算した結果を予測対象日のピーク電力発現強度とし、予測対象日の前日が休日の場合、前回稼動日から予測対象日までの空調設備の停止時間帯における外気温度と基準温度との差分を累積して、この累積値の絶対値を予測対象日のピーク電力発現強度とすることを特徴とするものである。
また、本発明のピーク電力発現予測装置の１構成例は、さらに、前記ピーク電力発現強度演算手段の演算結果を基に、前記予測対象期間のうち、ピーク電力を抑制する対策を実施すべき日を評価するピーク電力発現強度評価手段と、前記ピーク電力発現強度演算手段の演算結果および前記ピーク電力発現強度評価手段の評価結果を提示する予測結果提示手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明のピーク電力発現予測装置の１構成例において、前記ピーク電力発現強度評価手段は、前記予測対象期間のうち、予め定義された評価条件に該当する日を、ピーク電力を抑制する対策を実施すべき日として決定することを特徴とするものである。
また、本発明のピーク電力発現予測装置の１構成例において、前記データ取得手段は、前記予測対象期間の中に、演算を実行する当日が含まれ、かつ予測対象の建物の空調設備が既に稼働している場合には、当日分については前記空調設備の稼働情報として稼働実績情報を取得し、前記外気温度情報として外気温度実績値を取得し、前記予測対象期間の中に、当日以降の日が含まれている場合、あるいは当日において予測対象の建物の空調設備が未だ稼働していない場合には、前記空調設備の稼働情報として稼働予定情報を取得し、前記外気温度情報として外気温度予測値または過去の外気温度実績値を取得することを特徴とするものである。

また、本発明のピーク電力発現予測装置は、予測対象の建物の空調設備の稼働情報と外気温度情報とを取得するデータ取得ステップと、前記空調設備の稼働情報と外気温度情報とに基づいて、ピーク電力が発現する可能性の高さを示すピーク電力発現強度を、指定された予測対象期間に含まれる予測対象日毎に演算するピーク電力発現強度演算ステップとを含み、前記ピーク電力発現強度演算ステップは、予測対象日の前日が空調設備の稼動日の場合、予測対象日の空調設備の停止時間帯における外気温度と基準温度との差分を累積して、この累積値の絶対値に前日のピーク電力発現強度の一定割合を加算した結果を予測対象日のピーク電力発現強度とし、予測対象日の前日が休日の場合、前回稼動日から予測対象日までの空調設備の停止時間帯における外気温度と基準温度との差分を累積して、この累積値の絶対値を予測対象日のピーク電力発現強度とすることを特徴とするものである。
また、本発明のピーク電力発現予測方法の１構成例は、さらに、前記ピーク電力発現強度演算ステップの演算結果を基に、前記予測対象期間のうち、ピーク電力を抑制する対策を実施すべき日を評価するピーク電力発現強度評価ステップと、前記ピーク電力発現強度演算ステップの演算結果および前記ピーク電力発現強度評価ステップの評価結果を提示する予測結果提示ステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、予測対象の建物の空調設備の稼働情報と外気温度情報とを取得し、予測対象日の空調設備の停止時間帯における外気温度と基準温度との差分を累積して、この累積値の絶対値を予測対象日のピーク電力発現強度として演算することにより、ピーク電力が発現する可能性の高さを、翌日分や当日分だけでなく将来にわたって高い精度で予測することができる。

また、本発明では、ピーク電力発現強度評価手段と予測結果提示手段とを設けることにより、予測対象期間のうち、ピーク電力を抑制する対策を実施すべき日を決定し、ピーク電力発現強度演算手段の演算結果およびピーク電力発現強度評価手段の評価結果をユーザに対して提示することができる。

本発明のピーク電力発現強度の概念を説明する図である。ピーク電力とピーク電力発現強度の散布図の例を示す図である。一定割合毎の相関係数の例を示す図である。本発明の実施の形態に係るピーク電力発現予測装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係るピーク電力発現予測装置の動作を説明するフローチャートである。本発明の実施の形態におけるピーク電力発現強度演算部の演算結果とピーク電力発現強度評価部の評価結果の提示例を示す図である。

［発明の原理］
ピーク電力対策のためのピ−ク電力の発現強度予測は、例えば直前の（あるいは予測時点の）気象状態や建物運用状態に関する情報を利用することが重視されてきた。
一方、発明者は、予測時点の状態だけではなく、建物が予測時点に至るまでの経過に関する情報が、ピ−ク電力の発現強度予測のために重要であることに着眼した。

そして、鋭意研究の結果、空調設備が稼働する直前までの連続した停止時間と、その停止期間の外気温度によって、ピーク電力の発現強度が影響されることを突き止めた。すなわち、例えば休日や連休に空調を停止すると、建物自体の熱容量に影響を及ぼすため、その後の空調負荷を高くする要因になる。ゆえに、空調設備の停止時間の情報を利用することで、翌日分や当日分だけでなく、現在から例えば１年先程度の近い将来の発現強度予測の精度を向上できることに想到した。

［ピーク電力発現強度の予測］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。空調設備の停止時間は、ビルの稼働日のサイクルで生じることが多いので、本実施の形態では稼働日毎に着眼した場合の発現強度予測として説明する。
ビルの稼動日毎に、空調設備が稼働までに連続して停止していた時間帯における外気温度の累積値を計算し、この値をピーク電力（ビルの最大需要電力）の発現強度と定義する。このピーク電力の発現強度の値が大きい程、ピーク電力が発現する可能性が高い。

発現強度の計算においては、図１に示すように、外気温度と基準温度（本実施の形態では１５℃）との差分を累積し絶対値をとる。ここで、外気温度は、過去複数年の平均値を用いたり、気象予測値を用いたり、予測時点で最も適切と思われるものを採用する。また、基準温度としては、一般的なビルにおいて空調負荷が実質ゼロになる外気温度の値を用いており、ビルの特性に応じて変更しても良い。

ただし、計算した発現強度が一定の値以上になると、空調設備の処理能力上限に達し、ピーク電力としては同値となるため、上限値を別途設定し、計算した発現強度と上限値のうち小さい方を最終的な発現強度とする。上限値については、予測対象のビルにおいて空調設備の処理能力上限に達するときの発現強度の値を予め調査し、この数値を上限値として設定しておけばよい。

また、図１からも分かるように、前日が空調設備の稼動日だったとしても、前日の外気温度が少なからず翌日以降に持ち越して翌日の発現強度に影響を与える。そこで、前日の発現強度の一定割合を翌日の発現強度に加算する。ここで、「一定割合」は、空調設備の処理能力やビルの蓄熱特性等によって異なるため、ビルの特性に応じて適切な割合を予め設定する。

停止時間を特定するための空調設備の稼働情報については、予測時点で取得可能な情報を採用する。例えば、年初に１年間の予測を行う場合は、ビルの年間稼働予定情報を用い、当日の予測を行う場合は、実際の空調設備の稼働実績を用いる。
前日が稼働日の場合と休日の場合とで分けて、ピーク電力の発現強度の計算式を以下のように定義する。

［予測対象日の前日が稼動日の場合］
前日に負荷を処理しているので、予測対象日の空調設備の停止時間帯における外気温度と基準温度との差分を時間毎（例えば１ｈ毎）に演算して累積し、この累積値の絶対値に前日のピーク電力発現強度の一定割合を加算して、この加算した値と予め設定された上限値のうち小さい方を予測対象日の最終的なピーク電力発現強度とする。予測対象日の空調設備の停止時間帯における外気温度をＴ、基準温度をＴｒｅｆ、前日のピーク電力発現強度をＰ０、一定割合をα、上限値をＰｍａｘとすると、予測対象日のピーク電力発現強度Ｐは以下のようになる。
Ｐ＝ｍｉｎ（｜Σ（Ｔ−Ｔｒｅｆ）｜＋αＰ０，Ｐｍａｘ）・・・（１）

式（１）における｜Σ（Ｔ−Ｔｒｅｆ）｜は外気温度Ｔと基準温度Ｔｒｅｆとの差分の累積値の絶対値を表す。ｍｉｎ（Ｘ，Ｙ）はＸとＹのうち小さい方を採用することを表す。

ここで、一定割合αを事前に決定する手法について説明する。前日のピーク電力発現強度が、どれだけ次の日のピーク電力発現強度に影響を及ぼすかは、建物の躯体特性や設備仕様、建物の運用状況など様々な要因が考えられる。そこで、過去の実績データから、どの程度の割合を考慮に入れるべきかを算出する方法は例えば以下のようになる。

（Ａ）過去１年間、日ごとに、ピーク電力発現強度およびピーク電力を算出する。その際、一定割合αを変化させ、割合α毎にピーク電力発現強度およびピーク電力を算出する。
（Ｂ）各割合α毎に、横軸をピーク電力発現強度、縦軸をピーク電力とした散布図を作成し、相関係数Ｒ²を算出する。
（Ｃ）各割合α毎に算出した相関係数Ｒ²のうち、最も相関の強い（相関係数Ｒ²が大きい）時の割合αを採用する。

このように、実績データを使って、ピーク電力発現強度とピーク電力の相関が最も強くなる一定割合αを算出する。図２は（Ｂ）の処理で求めた一定割合α＝０．６の場合の散布図の例を示す図、図３は（Ｃ）の処理で求めた一定割合α毎の相関係数Ｒ²の例を示す図である。図３の例では、相関係数Ｒ²が最も大きい一定割合α＝０．６を式（１）で用いる値として採用することになる。

［予測対象日の前日が休日の場合］
前日が休日で、空調設備が一日以上停止した場合には、前回稼動日から予測対象日までの空調設備の停止時間帯における外気温度と基準温度との差分を時間毎に演算して累積し、この累積値の絶対値と予め設定された上限値のうち小さい方を予測対象日の最終的なピーク電力発現強度とする。この場合の予測対象日のピーク電力発現強度Ｐは以下のようになる。
Ｐ＝ｍｉｎ（｜Σ（Ｔ−Ｔｒｅｆ）｜，Ｐｍａｘ）・・・（２）

図４は本実施の形態に係るピーク電力発現予測装置の構成を示すブロック図である。ピーク電力発現予測装置は、予測対象の建物の空調設備の稼働情報と外気温度情報とを取得するデータ取得部１と、空調設備の稼働情報と外気温度情報とに基づいてピーク電力発現強度を、指定された予測対象期間に含まれる予測対象日毎に演算するピーク電力発現強度演算部２と、ピーク電力発現強度演算部２の演算結果を基に、予測対象期間のうち、ピーク電力を抑制する対策を実施すべき日を評価するピーク電力発現強度評価部３と、ピーク電力発現強度演算部２の演算結果およびピーク電力発現強度評価部３の評価結果を提示する予測結果提示部４と、ピーク電力発現強度の演算に必要な演算定義ファイルを予め記憶する演算定義ファイル記憶部５と、評価に使用する各種パラメータを予め記憶する評価定義ファイル記憶部６とを備えている。

以下、図５のフローチャートを用いて本実施の形態のピーク電力発現予測装置の動作を説明する。
データ取得部１は、ピーク電力発現強度の演算に必要なデータとして、予測対象の建物の空調設備の稼働情報と外気温度情報とを取得して、ピーク電力発現強度演算部２へ渡す（図５ステップＳ１）。各情報は、予測する期間に応じて、実績値または予定（予測）値を取得する。

例えばピーク電力発現予測装置のユーザから指定された予測対象期間の中に、演算を実行する当日が含まれていて、かつ予測対象の建物の空調設備が既に稼働している場合には、当日分については予測対象の建物のビル監視装置１０から空調設備の稼働実績情報と空調設備の停止時間帯における時間毎の外気温度実績値とを取得すればよい。

また、予測対象期間の中に、演算を実行する当日以降の日が含まれている場合、あるいは演算を実行しようとする当日において予測対象の建物の空調設備が未だ稼働していない場合には、予測対象の建物の空調設備の稼働情報として稼働予定情報を取得すればよい。また、外部の気象予測システム（不図示）から時間毎（例えば１ｈ毎）の外気温度予測値を取得できる予測対象日については、この外気温度予測値を取得し、外気温度予測値を取得できない予測対象日については、同じ日の過去数年間の外気温度の平均値を時間毎に計算した値を外気温度情報として取得すればよい。

次に、ピーク電力発現強度演算部２は、指定された予測対象期間のピーク電力発現強度Ｐを、予測対象期間に含まれる予測対象日毎に演算して、演算結果をピーク電力発現強度評価部３へ渡す（図５ステップＳ２）。ピーク電力発現強度演算部２は、予測対象日の前日が空調設備の稼動日の場合には、予測対象日のピーク電力発現強度Ｐを式（１）により演算し、予測対象日の前日が休日の場合には、予測対象日のピーク電力発現強度Ｐを式（２）により演算する。

予測対象日の空調設備の停止時間帯については、データ取得部１から渡される稼働情報で把握することができる。予測対象日の時間毎の外気温度Ｔは、データ取得部１から渡される外気温度情報で把握することができる。また、基準温度Ｔｒｅｆ、一定割合α、および上限値Ｐｍａｘについては、演算定義ファイル記憶部５に記憶されている演算定義ファイルで予め定義されている。

ピーク電力発現強度評価部３は、ピーク電力発現強度演算部２によるピーク電力発現強度Ｐの演算結果を基に、指定された予測対象期間のうち、ピーク電力を抑制する対策を実施すべき日を評価（決定）し、この評価結果とピーク電力発現強度演算部２の演算結果とを予測結果提示部４へ渡す（図５ステップＳ３）。

予測対象期間に含まれる日のうち、ピーク電力発現強度Ｐが例えば上位１０％の日を、対策を実施すべき日とするという評価（抽出）条件を予め設定しておけば、ピーク電力発現強度評価部３は、ピーク電力発現強度Ｐが上位１０％の日を、対策を実施すべき日として決定する。このような評価条件は、評価定義ファイル記憶部６に記憶されている評価定義ファイルで予め定義されている。

予測結果提示部４は、ピーク電力発現強度演算部２の演算結果とピーク電力発現強度評価部３の評価結果とをユーザに対して提示（表示）する（図５ステップＳ４）。
図６はピーク電力発現強度演算部２の演算結果とピーク電力発現強度評価部３の評価結果の提示例を示す図である。図６の例は、ある年の８月の平日を予測対象期間として、ピーク電力発現強度演算部２の演算結果とピーク電力発現強度評価部３の評価結果とを画面１００にカレンダー形式で表示したものである。

カレンダーの各マス目中の左上の数字が日にちを表し、マス目中の下部の数字がその日のピーク電力発現強度Ｐを表している。また、マス目中のエクスクラメーション・マーク（！）は、その日がピーク電力を抑制する対策を実施すべき日であることを表している。

なお、本実施の形態で説明したピーク電力発現予測装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、電力抑制のための技術に適用することができる。

１…データ取得部、２…ピーク電力発現強度演算部、３…ピーク電力発現強度評価部、４…予測結果提示部、５…演算定義ファイル記憶部、６…評価定義ファイル記憶部、１０…ビル監視装置。

Claims

予測対象の建物の空調設備の稼働情報と外気温度情報とを取得するデータ取得手段と、
前記空調設備の稼働情報と外気温度情報とに基づいて、ピーク電力が発現する可能性の高さを示すピーク電力発現強度を、指定された予測対象期間に含まれる予測対象日毎に演算するピーク電力発現強度演算手段とを備え、
前記ピーク電力発現強度演算手段は、予測対象日の前日が空調設備の稼動日の場合、予測対象日の空調設備の停止時間帯における外気温度と基準温度との差分を累積して、この累積値の絶対値に前日のピーク電力発現強度の一定割合を加算した結果を予測対象日のピーク電力発現強度とし、予測対象日の前日が休日の場合、前回稼動日から予測対象日までの空調設備の停止時間帯における外気温度と基準温度との差分を累積して、この累積値の絶対値を予測対象日のピーク電力発現強度とすることを特徴とするピーク電力発現予測装置。
請求項１記載のピーク電力発現予測装置において、
さらに、前記ピーク電力発現強度演算手段の演算結果を基に、前記予測対象期間のうち、ピーク電力を抑制する対策を実施すべき日を評価するピーク電力発現強度評価手段と、
前記ピーク電力発現強度演算手段の演算結果および前記ピーク電力発現強度評価手段の評価結果を提示する予測結果提示手段とを備えることを特徴とするピーク電力発現予測装置。
請求項２記載のピーク電力発現予測装置において、
前記ピーク電力発現強度評価手段は、前記予測対象期間のうち、予め定義された評価条件に該当する日を、ピーク電力を抑制する対策を実施すべき日として決定することを特徴とするピーク電力発現予測装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のピーク電力発現予測装置において、
前記データ取得手段は、前記予測対象期間の中に、演算を実行する当日が含まれ、かつ予測対象の建物の空調設備が既に稼働している場合には、当日分については前記空調設備の稼働情報として稼働実績情報を取得し、前記外気温度情報として外気温度実績値を取得し、前記予測対象期間の中に、当日以降の日が含まれている場合、あるいは当日において予測対象の建物の空調設備が未だ稼働していない場合には、前記空調設備の稼働情報として稼働予定情報を取得し、前記外気温度情報として外気温度予測値または過去の外気温度実績値を取得することを特徴とするピーク電力発現予測装置。
予測対象の建物の空調設備の稼働情報と外気温度情報とを取得するデータ取得ステップと、
前記空調設備の稼働情報と外気温度情報とに基づいて、ピーク電力が発現する可能性の高さを示すピーク電力発現強度を、指定された予測対象期間に含まれる予測対象日毎に演算するピーク電力発現強度演算ステップとを含み、
前記ピーク電力発現強度演算ステップは、予測対象日の前日が空調設備の稼動日の場合、予測対象日の空調設備の停止時間帯における外気温度と基準温度との差分を累積して、この累積値の絶対値に前日のピーク電力発現強度の一定割合を加算した結果を予測対象日のピーク電力発現強度とし、予測対象日の前日が休日の場合、前回稼動日から予測対象日までの空調設備の停止時間帯における外気温度と基準温度との差分を累積して、この累積値の絶対値を予測対象日のピーク電力発現強度とすることを特徴とするピーク電力発現予測方法。
請求項５記載のピーク電力発現予測方法において、
さらに、前記ピーク電力発現強度演算ステップの演算結果を基に、前記予測対象期間のうち、ピーク電力を抑制する対策を実施すべき日を評価するピーク電力発現強度評価ステップと、
前記ピーク電力発現強度演算ステップの演算結果および前記ピーク電力発現強度評価ステップの評価結果を提示する予測結果提示ステップとを含むことを特徴とするピーク電力発現予測方法。