JP6480826B2 - 電力管理装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力単価が需給バランス等に応じて頻繁に変動するダイナミックプライシングに対応して加熱装置や冷却装置の使用電力を管理することができる電力管理装置および方法に関するものである。

大型の押出成形機、射出成形機あるいは大型の熱処理炉など、生産稼働時の高温状態まで昇温させるために長時間（例えば１時間以上）を必要とする加熱装置では、昇温開始の時間に余裕を取ることが多い。昇温後の高温での待機（高温維持）については、保温性のよい加熱装置設計により、電力消費は少ないことが前提になっていることもあり、昇温開始を忘れないようにすることを意図して、早めに電気ヒータをオンにするようになっている。

射出成形機の場合で説明すると、図１３に示すように、射出成形機のシリンダ１００には、シリンダ用ヒータ１０１−１〜１０１−３が装着されている。シリンダ用ヒータ１０１−１〜１０１−３には、それぞれヒータの温度を測定するための温度センサである熱電対１０２−１〜１０２−３が設けられている。シリンダ１００内にはスクリュ１０３が挿入されており、スクリュ１０３は図示しないサーボモータによって駆動されシリンダ１００内をノズル１０４の方向に対して前進後退するようになっている。

プラスチックの材料はホッパ１０５からシリンダ１００内に投入される。シリンダ１００内で溶融したプラスチックの材料はスクリュ１０３によって押され、金型１０６内に射出され、金型１０６内でプラスチックが固化することにより、成形品が作製される。温調計１０７−１〜１０７−３は、シリンダ用ヒータ１０１−１〜１０１−３の温度を制御し、成形品の生産時の高温状態まで昇温させ、成形品の生産が開始されるまで高温で待機させる。この図１３に示した射出成形機においては、温度を制御する制御ループが３個形成されていることになる。

熱処理炉の場合で説明すると、図１４に示すように、熱処理炉は、被加熱物を加熱するための加熱チャンバー２００と、加熱チャンバー２００の内部に設置された複数のヒータＨ１〜Ｈ４と、それぞれヒータＨ１〜Ｈ４によって加熱される加熱チャンバー２００内の制御ゾーンＺ１〜Ｚ４の温度を測定する複数の温度センサＳ１〜Ｓ４と、ヒータＨ１〜Ｈ４に出力する操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を算出する温調計２０１−１〜２０１−４と、温調計２０１−１〜２０１−４から出力された操作量ＭＶ１〜ＭＶ４に応じた電力をそれぞれヒータＨ１〜Ｈ４に供給する電力調整器２０２−１〜２０２−４とから構成される。

温調計２０１−１〜２０１−４は、それぞれ温度センサＳ１〜Ｓ４が計測した温度ＰＶ１〜ＰＶ４が目標温度ＳＰと一致するように操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を算出する。電力調整器２０２−１〜２０２−４は、操作量ＭＶ１〜ＭＶ４に応じた電力をヒータＨ１〜Ｈ４に供給する。加熱処理工程（例えば半導体製造における加熱処理工程）を稼働させる予定がある場合、温調計２０１−１〜２０１−４は、加熱処理工程の高温状態まで昇温させ、加熱処理工程が開始されるまで高温で待機させる。この図１４に示した熱処理炉においては、温度ＰＶ１〜ＰＶ４を制御する制御ループが４個形成されていることになる。

ところで、地球温暖化問題に起因する法改正などに伴い、工場や生産ラインのエネルギー使用量管理が強く求められている。工場内の加熱装置や空調機器は特にエネルギー使用量の大きな設備装置であるため、エネルギー使用量の上限を、本来備える最大量よりも低く抑えるように管理されることが多い。例えば特定の電力使用量以内に抑える技術として、昇温動作に対する総電力抑制制御の技術が知られている（特許文献１参照）。さらに、電力を使用する設備装置などに対しては、電力単価を変動させるダイナミックプライシングにより、電力需要を調整する制度が運用されている。

特許文献１に開示された総電力抑制制御技術では、電力デマンド管理システムから電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信し、昇温動作の使用電力総量ＴＷを算出して、この使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超えないように操作量上限値ＯＨを算出する。温調計は、例えばＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶを算出し、操作量ＭＶを操作量上限値ＯＨ以下に制限する上限リミット処理を実行して、上限処理後の操作量を電力調整器に出力する。こうして、温調計の操作量上限値ＯＨを操作することで、総電力抑制を実現している。

一方、電気料金ベースのデマンドレスポンスは、電気事業者が時間帯（または時間）別に料金を設定すること（ダイナミックプライシング）で、需要家に自らの判断で、割高な料金が設定された高負荷時の需要抑制、割安な料金が設定された低負荷時への需要シフトを促す枠組みである（非特許文献１参照）。

料金メニューとしては、時間帯によって料金単価が変わる時間帯別料金（ＴＯＵ：Time of Use）、特定日のピーク時料金をＴＯＵよりも更に高く設定するピーク制料金（ＣＰＰ：Critical Peak Pricing）、料金を前日に通知するピーク日料金（ＰＤＰ：Peak Day Pricing）などの他に、図１５に示すように、需給バランスに刻一刻と対応して料金単価が頻繁に変動するリアルタイム料金（ＲＴＰ：Real Time Pricing）などがある。

ダイナミックプライシングの例としては、表１のようなものが知られている（特許文献２参照）。この表１の例では、電力需要がピークとなる時間帯（１３時〜１７時）の電力価格単価を５段階にレベル分けしている。

特開２０１２−０４８５３３号公報 特開２０１４−２２０９７１号公報

経済産業省，"デマンドレスポンス（Demand Response）について"，［２０１４年１２月１５日検索］，インターネット（ＵＲＬ：http://www.meti.go.jp/committee/sougouenergy/sougou/denryoku_system_kaikaku/002_s01_01_05.pdf）

ＲＴＰのように、木目細かに電力単価が変化するダイナミックプライシングが適用されている状況では、電力単価が安い時間帯、高い時間帯での電力の使い方について工夫の余地がある。これは、契約電力量を超えないようにピークシフトするものとは異なるので、特許文献１に開示された総電力抑制制御の割当総電力を決定する側の課題とも言える。すなわち、従来の技術では、ダイナミックプライシングへの対応が不十分であり、更なる改善が求められている。

なお、以上のようなダイナミックプライシングへの対応の課題は、電気ヒータを用いた加熱装置だけでなく、ペルチェ素子のような電気冷却素子を用いた冷却装置においても同様に生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、工場や生産ラインで特に使用電力量が大きいとされている加熱装置あるいは冷却装置を対象として、ダイナミックプライシングに対応して昇温状態あるいは降温状態を自動調整可能な電力管理装置および方法を提供することを目的とする。より具体的には、電力単価が高い時間帯に昇温電力あるいは降温電力を集中して消費してしまう確率を低減する電力管理装置および方法を提供する。なお、本発明では、昇温開始時点あるいは降温開始時点で、数時間先の電力単価の変化については、予め把握できないようなダイナミックプライシングを想定する。

本発明の電力管理装置は、昇温対象を電気ヒータで昇温するのに必要な昇温所要時間、あるいは降温対象を電気冷却素子で降温するのに必要な降温所要時間を取得する所要時間取得手段と、ダイナミックプライシングによる電力単価を取得する電力単価取得手段と、昇温時に前記昇温所要時間に対して昇温完了指定時点までの残り時間に余裕があるか否か、あるいは降温時に前記降温所要時間に対して降温完了指定時点までの残り時間に余裕があるか否かを判定する時間余裕判定手段と、この時間余裕判定手段が時間に余裕があると判定した場合に、前記電力単価に応じて、単位時間あたりの電力料金が規定金額になるように、前記電気ヒータの使用電力もしくは前記電気冷却素子の使用電力を規定する割当総電力、あるいは前記割当総電力に対応する操作量上限値を算出する総電力算出手段と、前記割当総電力の値あるいは前記操作量上限値を出力する総電力出力手段とを備え、前記総電力出力手段は、前記電気ヒータの使用電力もしくは前記電気冷却素子の使用電力が前記割当総電力を超えないように前記電気ヒータもしくは前記電気冷却素子への操作量出力を制限する総電力抑制制御装置に対して前記割当総電力の値を出力するか、あるいは前記電気ヒータもしくは前記電気冷却素子に操作量を与える制御装置に対して前記操作量上限値を出力することを特徴とするものである。

また、本発明の電力管理装置の１構成例は、さらに、複数の単位時間の間における前記電力単価の変化の傾向に対応して、前記電力料金の規定金額を一時的に変更する電力単価傾向対応手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の電力管理装置の１構成例において、前記電力単価傾向対応手段は、複数の単位時間の間に前記電力単価が上がっている場合は、前記電力料金の規定金額を一時的に上げて、昇温を急ぐ方向に操作し、複数の単位時間の間に前記電力単価が下がっている場合は、前記電力料金の規定金額を一時的に下げて、昇温を待つ方向に操作するものである。
また、本発明の電力管理装置の１構成例は、一連の処理を単位時間毎に実行することを特徴とするものである。
また、本発明の電力管理装置の１構成例において、前記総電力算出手段は、前記時間余裕判定手段が時間に余裕がないと判定した場合に、フル出力になるように前記割当総電力あるいは前記割当総電力に対応する操作量上限値を算出することを特徴とするものである。

また、本発明の電力管理方法は、昇温対象を電気ヒータで昇温するのに必要な昇温所要時間、あるいは降温対象を電気冷却素子で降温するのに必要な降温所要時間を取得する所要時間取得ステップと、ダイナミックプライシングによる電力単価を取得する電力単価取得ステップと、昇温時に前記昇温所要時間に対して昇温完了指定時点までの残り時間に余裕があるか否か、あるいは降温時に前記降温所要時間に対して降温完了指定時点までの残り時間に余裕があるか否かを判定する時間余裕判定ステップと、この時間余裕判定ステップで時間に余裕があると判定した場合に、前記電力単価に応じて、単位時間あたりの電力料金が規定金額になるように、前記電気ヒータの使用電力もしくは前記電気冷却素子の使用電力を規定する割当総電力、あるいは前記割当総電力に対応する操作量上限値を算出する総電力算出ステップと、前記割当総電力の値あるいは前記操作量上限値を出力する総電力出力ステップとを含み、前記総電力出力ステップは、前記電気ヒータの使用電力もしくは前記電気冷却素子の使用電力が前記割当総電力を超えないように前記電気ヒータもしくは前記電気冷却素子への操作量出力を制限する総電力抑制制御装置に対して前記割当総電力の値を出力するか、あるいは前記電気ヒータもしくは前記電気冷却素子に操作量を与える制御装置に対して前記操作量上限値を出力することを特徴とするものである。

本発明によれば、昇温所要時間に対して昇温完了指定時点までの残り時間に余裕があると判定した場合、あるいは降温所要時間に対して降温完了指定時点までの残り時間に余裕があると判定した場合に、電力単価に応じて、単位時間あたりの電力料金が規定金額になるように割当総電力あるいは割当総電力に対応する操作量上限値を算出することにより、時間に余裕がある時点では、電力単価が高いほど割当総電力あるいは割当総電力に対応する操作量上限値を低くし、電力単価が低いほど割当総電力あるいは割当総電力に対応する操作量上限値を高くすることができるので、電力単価が高い時間帯に昇温電力あるいは降温電力を集中して消費してしまう確率を低減することができ、電力料金を低減できる可能性を高めることができる。本発明では、単位時間あたりの電力料金の規定金額を管理指標としているので、電力管理装置のユーザにとって理解し易い指標を提供することができる。

また、本発明では、複数の単位時間の間における電力単価の変化の傾向に対応して、電力料金の規定金額を一時的に変更することにより、電力料金を低減できる可能性を更に高めることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電力管理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電力管理装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における電力単価の推移を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における温度の制御状態の推移を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る総電力抑制制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る総電力抑制制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る電力管理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電力管理装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における電力単価の推移を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における温度の制御状態の推移を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る電力管理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態に係る電力管理装置の構成を示すブロック図である。 射出成形機の構成を示す図である。 熱処理炉の構成を示す図である。 電気事業者が設定する電気料金ベースのデマンドレスポンスを説明する図である。

［発明の原理１］
昇温開始時あるいは昇温途中で、昇温を完了すべき時刻に対し昇温に必要な時間に余裕がある時点において、もしも電力単価が最高レベルに高い状態である場合は、フル出力で昇温を急がずに待つのが得策である。ただし、昇温を待って、昇温時間に余裕がなくなった時点でも相変わらず電力単価が高いようであれば、結果的に得策だったとは言えなくなるが、少なくとも時間に余裕がある時点での判断としては妥当である。

一方、昇温開始時あるいは昇温途中で、上記と同様に時間に余裕がある時点において、もしも電力単価が最低レベルに低い状態である場合は、フル出力で昇温を急いでおくのが得策である。ただし、昇温を完了した後も相変わらず電力単価が低いようであれば、結果的に得策だったとは言えなくなるが、少なくとも時間に余裕がある時点での判断としては妥当である。

このように着眼すると、発明者は、昇温時間に余裕がある時点では、電力単価が高いほど電気ヒータ出力を低くし、逆に電力単価が低いほど電気ヒータ出力を高くするように、自動調整するのが得策であることに想到した。例えば、電力単価に応じて、単位時間（１時間）あたりの使用電力料金がほぼ一定になるように、電気ヒータ出力（特許文献１に開示された技術であれば割当総電力）を決定していくなどの方法が可能である。
なお、ペルチェ素子のような電気冷却素子を使用する降温動作についても、上記の昇温動作と同様に考えればよい。

［発明の原理２］
複数の単位時間の間に亘り、電力単価の変化の傾向が一定の場合は、その傾向を考慮した対応を上乗せするのが好ましい。
例えば、複数の単位時間の間に、電力単価が上がっている場合は、さらに電力単価が上がる可能性が高いものと推定し、使用電力料金の規定金額を高く変更して、昇温を急ぐ方向に操作する。逆に、複数の単位時間の間に、電力単価が下がっている場合は、さらに電力単価が下がる可能性が高いものと推定し、使用電力料金の規定金額を低く変更して、昇温を待つ方向に操作する。

［第１の実施の形態］
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。図１は本発明の第１の実施の形態に係る電力管理装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、上記発明の原理１に対応する例である。ここでは、図１４に示した熱処理炉を適用対象とし、ヒータＨ１の容量をＣＴｍ１＝３ｋＷ、ヒータＨ２の容量をＣＴｍ２＝５ｋＷ、ヒータＨ３の容量をＣＴｍ３＝５ｋＷ、ヒータＨ４の容量をＣＴｍ４＝３ｋＷとし、合計でＣＴｍ＝１６ｋＷとする。

また、単位時間ｄＴ（本実施の形態では１時間）あたりの望ましい電力料金の規定金額ＲＰを３００円／ｈとする。この電力料金の規定金額ＲＰについては、電力管理装置のオペレータが予め設定すればよい。なお、全ヒータゾーンがほぼ同じ温度変化を示すものと仮定して、本実施の形態の動作を説明する。

電力管理装置は、現在時刻を取得する現在時刻取得部１と、昇温対象の昇温所要時間（推定値や実績値）を取得する昇温所要時間取得部２と、昇温対象の昇温完了指定時刻を取得する昇温完了時刻取得部３と、ダイナミックプライシングによる電力単価を取得する電力単価取得部４と、昇温所要時間に対して現在時刻から昇温完了指定時刻までの残り時間に余裕があるか否かを判定する時間余裕判定部５と、時間余裕判定部５が時間に余裕があると判定した場合に、電力単価に応じて、単位時間あたりの電力料金が規定金額になるように、電気ヒータの使用電力を規定する割当総電力、あるいは割当総電力に対応する操作量上限値を算出する総電力算出部６と、割当総電力の値あるいは操作量上限値を出力する総電力出力部７とを備えている。

以下、本実施の形態の電力管理装置の動作を図２〜図４を参照して説明する。図２は電力管理装置の動作を示すフローチャート、図３は本実施の形態における電力単価の推移を示す図、図４（Ａ）、図４（Ｂ）は本実施の形態における制御状態の推移を示す図であり、図４（Ａ）は目標温度ＳＰｉ（ｉ＝１〜ｎであり、制御ループの個数ｎは１以上の整数、図１４の例ではｎ＝４）および温度ＰＶｉの変化を示す図、図４（Ｂ）は操作量ＭＶｉおよび操作量上限値ＯＨｉの変化を示す図である。

現在時刻取得部１は、現在時刻を取得する（図２ステップＳ１００）。現在時刻Ｔ１の情報は、図示しない内部時計から取得してもよいし、外部から有線または無線で送信される時刻情報を取得してもよい。ここでは、現在時刻Ｔ１が例えば１１時００分であり、昇温開始時であるとする。

次に、昇温所要時間取得部２は、目標温度ＳＰｉが変更され昇温が開始されたとき（図２ステップＳ１０１においてＹＥＳ）、昇温所要時間ＴＬ（推定値や実績値）を取得する（図２ステップＳ１０２）。ここでは、図４（Ａ）に示すように、１１時００分に目標温度ＳＰｉが常温２５℃から高温４００℃に変更された例で説明する。

昇温所要時間ＴＬとしては、対象の熱処理炉における過去の同等の昇温（目標温度ＳＰｉの推移が今回と同じ昇温）における実績値を取得してもよいし、推定値を取得してもよい。

昇温所要時間取得部２は、推定値を取得する場合、各制御ループＬｉの変更後の目標温度ＳＰｉ（昇温完了時の目標温度）と現在の温度ＰＶｉとを取得して、各制御ループＬｉの温度ＰＶｉの昇温幅ＤＴｉを次式により制御ループＬｉ毎に算出する。
ＤＴｉ＝ＳＰｉ−ＰＶｉ ・・・（１）

図４（Ａ）の例では、１１時００分の温度ＰＶｉが２５℃で、変更後の目標温度ＳＰｉが４００℃であるから、昇温幅ＤＴｉは３７５℃である。
続いて、昇温所要時間取得部２は、各制御ループＬｉの目標温度変更前の操作量ＭＶｉを取得し、目標温度ＳＰｉの変更に伴う温度ＰＶｉの変化のレート（速度）ＴＨｉを次式により制御ループＬｉ毎に算出する。
ＴＨｉ＝ＴＨｏｉ｛１００／（１００−ＭＶｉ）｝ ・・・（２）

式（２）において、ＴＨｏｉは、制御ループＬｉ毎に予め記憶されている、熱処理炉の加熱能力を示す値であり、操作量ＭＶｉ＝０．０％の状態から最大出力ＭＶｉ＝１００％にしたとき（すなわち操作量上昇幅が１００％のとき）の温度ＰＶｉの変化レート値である。つまり、式（２）は、変化レート値ＴＨｏｉを操作量上昇幅（１００−ＭＶｉ）で換算する数式である。本実施の形態では熱処理炉の例で説明しているので、温度ＰＶｉの変化レートＴＨｉは昇温レート［ｓｅｃ．／℃］である。

次に、昇温所要時間取得部２は、各制御ループＬｉの温度ＰＶｉを昇温幅ＤＴｉだけ変化させるのに必要な温度変化時間である昇温所要時間ＴＬｉを、温度ＰＶｉの変化レートＴＨｉと変更量ＤＴｉとから次式により制御ループＬｉ毎に推定する。
ＴＬｉ＝ＴＨｉＤＴｉ ・・・（３）

そして、昇温所要時間取得部２は、各制御ループＬｉの昇温所要時間ＴＬｉのうちの最大値ＴＬを選出する。
ＴＬ＝ｍａｘ（ＴＬｉ） ・・・（４）

式（４）において、ｍａｘ（ ）は最大値選出演算関数である。以上の処理により、昇温所要時間取得部２は、昇温所要時間ＴＬの推定値を得ることができる。本実施の形態では、説明を簡易にするため、実績値または推定値として得られた昇温所要時間ＴＬを１時間ちょうどとする。

次に、昇温完了時刻取得部３は、昇温対象の昇温完了指定時刻Ｔ２を取得する（図２ステップＳ１０３）。昇温完了指定時刻Ｔ２は、例えば電力管理装置のオペレータが入力すればよい。ここでは、昇温完了指定時刻Ｔ２を例えば１５時００分とする。

続いて、電力単価取得部４は、ダイナミックプライシングによる電力単価ＥＰを取得する（図２ステップＳ１０４）。電力単価ＥＰの情報は、電気事業者（電力会社）からリアルタイムで通知される情報を取得すればよい。ここでは、１１時００分の昇温開始時において、電力単価ＥＰが例えば表１における最も高いレベル４相当の１５０円／ｋＷｈであったとする。

時間余裕判定部５は、昇温所要時間ＴＬに対して、現在時刻Ｔ１から昇温完了指定時刻Ｔ２までの残り時間に余裕があるか否かを判定する（図２ステップＳ１０５）。時間余裕判定部５は、昇温完了指定時刻Ｔ２と現在時刻Ｔ１との差の時間が昇温所要時間ＴＬと単位時間ｄＴとの和の時間以上であれば（Ｔ２−Ｔ１≧ＴＬ＋ｄＴ）、残り時間に余裕があると判定し、昇温完了指定時刻Ｔ２と現在時刻Ｔ１との差の時間が昇温所要時間ＴＬと単位時間ｄＴとの和の時間未満であれば（Ｔ２−Ｔ１＜ＴＬ＋ｄＴ）、残り時間に余裕がないと判定する。ここでは、昇温所要時間ＴＬが１時間で、現在時刻Ｔ１の１１時００分から昇温完了指定時刻Ｔ２の１５時００分まで４時間あることから、時間に余裕があると判定する。

総電力算出部６は、時間に余裕があると判定された場合に（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、電力単価取得部４が取得した現在の電力単価ＥＰに応じて、単位時間ｄＴあたりの電力料金が予め規定された金額になるように、熱処理炉のヒータＨｉの使用電力を規定する割当総電力ＰＷあるいは割当総電力ＰＷに対応する操作量上限値ＯＨｉを算出する（図２ステップＳ１０６）。

上記のとおり、現在の電力単価ＥＰは１５０円／ｋＷｈであり、単位時間ｄＴあたりの電力料金の規定金額ＲＰは３００円／ｈである。したがって、総電力算出部６は、規定金額ＲＰを電力単価ＥＰで割ることで、割当総電力ＰＷを次式のように算出する。
ＰＷ＝ＲＰ／ＥＰ＝３００／１５０＝２．００ｋＷ ・・・（５）

また、総電力算出部６は、割当総電力ＰＷに対応する操作量上限値ＯＨｉを算出する場合、割当総電力ＰＷを熱処理炉のヒータＨｉの容量の合計で割ることで、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを次式のように算出する。
ＯＨｉ＝ＰＷ／（ＣＴｍ１＋ＣＴｍ２＋ＣＴｍ３＋ＣＴｍ４）×１００
＝２／１６×１００＝１２．５％ ・・・（６）

総電力算出部６は、熱処理炉の電力を抑制する装置として、特許文献１に開示された総電力抑制制御装置が設置されている場合、割当総電力ＰＷを算出する。また、このような総電力抑制制御装置が設置されていない場合には、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを算出する。

総電力出力部７は、総電力算出部６が算出した値（割当総電力ＰＷあるいは操作量上限値ＯＨｉ）を出力する（図２ステップＳ１０７）。総電力算出部６が割当総電力ＰＷを算出した場合には、この割当総電力ＰＷの値が総電力抑制制御装置に出力される。総電力算出部６が各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを算出した場合には、これら操作量上限値ＯＨｉがそれぞれ対応する制御ループＬｉの制御装置（図１４の例では温調計２０１−１〜２０１−４）に出力される。この総電力出力部７の動作により、図４（Ｂ）の例では、１１時００分に各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉが初期値１００％から１２．５％に変更されている。

なお、総電力算出部６は、ステップＳ１０５において時間に余裕がないと判定された場合、ヒータＨｉがフル出力になるように割当総電力ＰＷあるいは割当総電力ＰＷに対応する操作量上限値ＯＨｉを算出する（図２ステップＳ１０８）。具体的には、総電力算出部６は、割当総電力ＰＷを次式のように算出するか、あるいは各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを最大値１００％とする。
ＰＷ＝ＣＴｍ１＋ＣＴｍ２＋ＣＴｍ３＋ＣＴｍ４＝１６．００ｋＷ ・・・（７）

特許文献１に開示された総電力抑制制御装置を利用する場合には、昇温所要時間取得部２が取得した昇温所要時間ＴＬの値を、割当総電力ＰＷと共に総電力抑制制御装置に通知することが望ましい。

ここで、特許文献１に開示された総電力抑制制御装置の構成と動作について説明する。図５は総電力抑制制御装置の構成を示すブロック図、図６は総電力抑制制御装置の動作を示すフローチャートである。

総電力抑制制御装置は、割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力部１０と、各制御ループＬｉの温度ＰＶｉを昇温時間ＴＬ’の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定部１１と、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉから各ヒータＨｉの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出部１２と、使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超えない必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉとして設定する探索処理部１３とを備えている。探索処理部１３は、昇温時間設定部１４と、割当総電力判定部１５とから構成される。

割当総電力入力部１０は、総電力出力部７から割当総電力ＰＷの情報を受信する（図６ステップＳ２００）。
昇温時間設定部１４は、電力管理装置から通知された昇温所要時間ＴＬの値を、昇温時間ＴＬ’として設定する（図６ステップＳ２０１）。なお、昇温所要時間ＴＬの値を総電力抑制制御装置独自で取得する場合には、昇温所要時間取得部２と同等の構成を総電力抑制制御装置に設ける必要がある。

次に、割当総電力判定部１５は、各制御ループＬｉの温度ＰＶｉを昇温時間ＴＬ’の間に昇温幅ＤＴｉだけ変化させる場合の全ヒータＨｉの使用電力ＴＷを求める処理を、以下のように行なわせる。

まず、必要出力推定部１１は、各制御ループＬｉの目標温度変更前の操作量ＭＶｉを取得し、各制御ループＬｉの温度ＰＶｉを昇温時間ＴＬ’の間に昇温幅ＤＴｉだけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを次式により制御ループＬｉ毎に算出する（図６ステップＳ２０２）。
ＭＵｉ＝｛１００ＴＨｏｉ／（ＴＬ’／ＤＴｉ）｝＋ＭＶｉ ・・・（８）

式（８）は、式（２）において、分母の１００をＭＵｉに置換し、ＴＨｉをＴＬ／ΔＰＶｉに置換して、ＭＵｉについて解くことにより得られる数式である。ここでの昇温幅ＤＴｉは、式（１）によりＤＴｉ＝３７５℃と算出することができる。

続いて、使用電力合計算出部１２は、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉから各ヒータＨｉの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを次式により算出する（図６ステップＳ２０３）。

上記のとおり、ＣＴｍｉは制御ループＬｉ毎に予め記憶されている値であり、操作量ＭＶｉが最大値１００％の場合のヒータＨｉの使用電力値（容量）である。
割当総電力判定部１５は、ＴＷ≦ＰＷ、すなわち使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超えない場合は（図６ステップＳ２０４においてＹＥＳ）、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉをそれぞれ各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉとして、これら操作量上限値ＯＨｉをそれぞれ対応する制御ループＬｉの制御装置（図１４の例では温調計２０１−１〜２０１−４）に設定する（図６ステップＳ２０６）。

また、割当総電力判定部１５は、ＴＷ＞ＰＷ、すなわち使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超える場合は、昇温時間設定部１４に指示して、昇温時間ＴＬ’を現在の値の例えば１．０５倍に延長させて（図６ステップＳ２０５）、ステップＳ２０２に戻る。こうして、使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷ以内になるまで、ステップＳ２０２〜Ｓ２０５の処理が繰り返される。
総電力抑制制御装置は、以上のようなステップＳ２００〜Ｓ２０６の処理を、電力管理装置から割当総電力ＰＷの情報を受信する度に行なう。

次に、下位の制御装置である温調計２０１−ｉは、温度センサＳｉが計測した温度ＰＶｉが目標温度ＳＰｉと一致するように操作量ＭＶｉを算出するが、算出した操作量ＭＶｉを操作量上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上限リミット処理を行なう。
ＩＦ ＭＶｉ＞ＯＨｉ ＴＨＥＮ ＭＶｉ＝ＯＨｉ ・・・（１０）

すなわち、温調計２０１−ｉは、総電力抑制制御装置から設定された操作量上限値ＯＨｉあるいは電力管理装置から直接設定された操作量上限値ＯＨｉよりも操作量ＭＶｉが大きい場合、操作量ＭＶｉ＝ＯＨｉとする。そして、温調計２０１−ｉは、上限リミット処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉの電力調整器２０２−ｉに出力し、電力調整器２０２−ｉは、この操作量ＭＶｉに応じた電力をヒータＨｉに供給する。こうして、操作量上限値ＯＨｉを利用した電力抑制制御が行われる。

次に、電力管理装置は、前回（昇温開始時）の処理から単位時間ｄＴ経過後に処理を再開する（図２ステップＳ１０９においてＹＥＳ）。
現在時刻取得部１は、現在時刻Ｔ１を取得する（ステップＳ１００）。ここでは、現在時刻Ｔ１が１２時００分となる。

次に、昇温所要時間取得部２は、現在時刻Ｔ１において目標温度ＳＰｉが変更されておらず昇温開始時でない場合（ステップＳ１０１においてＮＯ）、昇温所要時間ＴＬの推定値を取得する（ステップＳ１１０）。

図４（Ａ）に示すように１２時００分の温度ＰＶｉが５０℃まで既に昇温している場合、５０℃から目標温度ＳＰｉ＝４００℃まで（昇温幅ＤＴｉ＝３５０℃）の昇温なので、昇温所要時間取得部２は、昇温開始時に取得した昇温所要時間ＴＬ０＝１時間と、昇温開始時の昇温幅ＤＴ０ｉ＝３７５℃と、現在の昇温幅ＤＴｉ＝３５０℃とから次式のように昇温所要時間ＴＬを更新する。
ＴＬ＝ＴＬ０（ＤＴｉ／ＤＴ０ｉ）＝３５０／３７５＝０．９３３時間
・・・（１１）

なお、式（１１）の昇温所要時間ＴＬの算出は制御ループＬｉ毎に行われるので、各制御ループＬｉの算出結果が異なる場合には、複数の算出結果のうちの最長の値を最新の昇温所要時間ＴＬとすればよい。

電力単価取得部４は、昇温所要時間取得部２が取得した最新の昇温所要時間ＴＬが０でない場合（図２ステップＳ１１１においてＮＯ）、現在の電力単価ＥＰを取得する（ステップＳ１０４）。ここでは、１２時００分において、電力単価ＥＰが例えば表１におけるレベル３相当の１００円／ｋＷｈであったとする。

時間余裕判定部５は、昇温所要時間ＴＬが０．９３３時間で、現在時刻Ｔ１の１２時００分から昇温完了指定時刻Ｔ２の１５時００分まで３時間あることから、時間に余裕があると判定する（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）。

総電力算出部６は、時間に余裕があると判定された場合、割当総電力ＰＷあるいは割当総電力ＰＷに対応する操作量上限値ＯＨｉを算出する（ステップＳ１０６）。現在の電力単価ＥＰは１００円／ｋＷｈであり、単位時間ｄＴあたりの電力料金の規定金額ＲＰは３００円／ｈである。したがって、総電力算出部６は、割当総電力ＰＷを次式のように算出する。
ＰＷ＝ＲＰ／ＥＰ＝３００／１００＝３．００ｋＷ ・・・（１２）

また、総電力算出部６は、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを次式のように算出する。
ＯＨｉ＝ＰＷ／（ＣＴｍ１＋ＣＴｍ２＋ＣＴｍ３＋ＣＴｍ４）×１００
＝３／１６×１００＝１８．８％ ・・・（１３）

総電力算出部６は、特許文献１に開示された総電力抑制制御装置が設置されている場合、割当総電力ＰＷを算出し、総電力抑制制御装置が設置されていない場合、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを算出する。

総電力出力部７の動作（ステップＳ１０７）によって、図４（Ｂ）の例では、１２時００分に各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉが１２．５％から１８．８％に変更されている。
総電力抑制制御装置と温調計２０１−ｉの動作は上記のとおりである。

次に、電力管理装置は、前回（１２時００分）の処理から単位時間ｄＴ経過後に処理を再開する（ステップＳ１０９においてＹＥＳ）。
現在時刻取得部１は、現在時刻Ｔ１を取得する（ステップＳ１００）。ここでは、現在時刻Ｔ１が１３時００分となる。

昇温所要時間取得部２は、現在時刻Ｔ１において目標温度ＳＰｉが変更されておらず昇温開始時でない場合（ステップＳ１０１においてＮＯ）、昇温所要時間ＴＬの推定値を取得する（ステップＳ１１０）。

図４（Ａ）に示すように１３時００分の温度ＰＶｉが７５℃まで既に昇温している場合、７５℃から目標温度ＳＰｉ＝４００℃まで（昇温幅ＤＴｉ＝３２５℃）の昇温なので、昇温所要時間取得部２は、昇温開始時に取得した昇温所要時間ＴＬ０＝１時間と、昇温開始時の昇温幅ＤＴ０ｉ＝３７５℃と、現在の昇温幅ＤＴｉ＝３２５℃とから次式のように昇温所要時間ＴＬを更新する。
ＴＬ＝ＴＬ０（ＤＴｉ／ＤＴ０ｉ）＝３２５／３７５＝０．８６７時間
・・・（１４）

上記と同様に、式（１４）の昇温所要時間ＴＬの算出は制御ループＬｉ毎に行われるので、各制御ループＬｉの算出結果が異なる場合には、複数の算出結果のうちの最長の値を最新の昇温所要時間ＴＬとすればよい。

電力単価取得部４は、昇温所要時間取得部２が取得した最新の昇温所要時間ＴＬが０でない場合（ステップＳ１１１においてＮＯ）、現在の電力単価ＥＰを取得する（ステップＳ１０４）。ここでは、１３時００分において、電力単価ＥＰが例えば表１におけるレベル０相当の１５円／ｋＷｈであったとする。

時間余裕判定部５は、昇温所要時間ＴＬが０．８６７時間で、現在時刻Ｔ１の１３時００分から昇温完了指定時刻Ｔ２の１５時００分まで２時間あることから、時間に余裕があると判定する（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）。

総電力算出部６は、時間に余裕があると判定された場合、割当総電力ＰＷあるいは割当総電力ＰＷに対応する操作量上限値ＯＨｉを算出する（ステップＳ１０６）。現在の電力単価ＥＰは１５円／ｋＷｈであり、単位時間ｄＴあたりの電力料金の規定金額ＲＰは３００円／ｈである。したがって、総電力算出部６は、割当総電力ＰＷを次式のように算出する。
ＰＷ＝ＲＰ／ＥＰ＝３００／１５＝２０．００ｋＷ ・・・（１５）

また、総電力算出部６は、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを次式のように算出する。
ＯＨｉ＝ＰＷ／（ＣＴｍ１＋ＣＴｍ２＋ＣＴｍ３＋ＣＴｍ４）×１００
＝２０／１６×１００＝１２５．０％ ・・・（１６）
この場合、操作量上限値ＯＨｉの算出値が最大値１００％を超えているので、総電力算出部６が出力する操作量上限値ＯＨｉは１００％となる。

総電力算出部６は、特許文献１に開示された総電力抑制制御装置が設置されている場合、割当総電力ＰＷを算出し、総電力抑制制御装置が設置されていない場合、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを算出する。

総電力出力部７の動作（ステップＳ１０７）によって、図４（Ｂ）の例では、１３時００分に各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉが１８．８％から１００％に変更されている。
総電力抑制制御装置と温調計２０１−ｉの動作は上記のとおりである。

次に、電力管理装置は、前回（１３時００分）の処理から単位時間ｄＴ経過後に処理を再開する（ステップＳ１０９においてＹＥＳ）。
現在時刻取得部１は、現在時刻Ｔ１を取得する（ステップＳ１００）。ここでは、現在時刻Ｔ１が１４時００分となる。

昇温所要時間取得部２は、現在時刻Ｔ１において目標温度ＳＰｉが変更されておらず昇温開始時でない場合（ステップＳ１０１においてＮＯ）、昇温所要時間ＴＬの推定値を取得する（ステップＳ１１０）。

図４（Ａ）に示すように１４時００分の温度ＰＶｉが４００℃まで既に昇温しており、昇温幅ＤＴｉが０℃となるので、昇温所要時間取得部２は、昇温所要時間ＴＬを０とする。
ＴＬ＝ＴＬ０（ＤＴｉ／ＤＴ０ｉ）＝０ ・・・（１７）

電力管理装置は、昇温所要時間ＴＬが０となったことにより（ステップＳ１１１においてＹＥＳ）、図２の一連の処理を終了する。

以上のように、本実施の形態では、昇温所要時間に余裕がある時点では、電力単価が高いほど、割当総電力ＰＷあるいは割当総電力ＰＷに対応する操作量上限値ＯＨｉ（結果的に電気ヒータ出力）を低くし、逆に電力単価が低いほど、割当総電力ＰＷあるいは割当総電力ＰＷに対応する操作量上限値ＯＨｉを高くするように自動調整することで、熱処理炉の電力料金を低減できる可能性が生じる。

上記の例では、１１時００分から１２時００分の電力料金が３００円、１２時００分から１３時００分の電力料金が３００円、１３時００分から１４時００分の電力料金が３００円×０．８６７時間で約２６０円となり、１１時００分から１４時００分の合計で約８６０円が熱処理炉の昇温時の電力料金になる。

仮に１１時００分から１２時００分にヒータ出力を最大にして昇温したと仮定すると、電力単価１５０円／ｋＷｈで電力１６ｋＷを１時間使用することになるので、２４００円が昇温時の電力料金になる。したがって、本実施の形態によれば、電力料金を低減できることになる。

本実施の形態では、単位時間あたりの電力料金の規定金額（３００円／ｈ）を管理指標として予め規定しているので、電力管理装置のユーザにとって電力料金の管理が理解し易くなり、関係者間での合意（納得性）も得やすい。

なお、本実施の形態では、図２の一連の処理を１時間毎に再実行するものとして説明したが、昇温開始時の最初の１時間のみ実行し、その後はフル出力で昇温するような処理もあり得る。すなわち、最初の１時間のみ昇温を抑制するか否かの判断を実行するだけでも、慎重な昇温へと改善されることに変わりはない。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図７は本発明の第２の実施の形態に係る電力管理装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、上記発明の原理２に対応する例である。適用対象は、第１の実施の形態と同様に、図１４に示した熱処理炉とする。また、単位時間ｄＴ（本実施の形態では１時間）あたりの電力料金の規定金額ＲＰについても、第１の実施の形態と同じ３００円／ｈとする。ただし、本実施の形態は、この３００円／ｈを適宜（一時的に）変更するものである。

本実施の形態の電力管理装置は、現在時刻取得部１と、昇温所要時間取得部２と、昇温完了時刻取得部３と、電力単価取得部４と、時間余裕判定部５と、総電力算出部６と、総電力出力部７と、複数の単位時間の間における電力単価ＥＰの変化の傾向に対応して、単位時間あたりの電力料金の規定金額ＲＰを一時的に変更する電力単価傾向対応部８とを備えている。

以下、本実施の形態の電力管理装置の動作を図８〜図１０を参照して説明する。図８は電力管理装置の動作を示すフローチャート、図９は本実施の形態における電力単価の推移を示す図、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は本実施の形態における制御状態の推移を示す図であり、図１０（Ａ）は目標温度ＳＰｉ（ｉ＝１〜ｎであり、制御ループの個数ｎは１以上の整数、図１４の例ではｎ＝４）および温度ＰＶｉの変化を示す図、図１０（Ｂ）は操作量ＭＶｉおよび操作量上限値ＯＨｉの変化を示す図である。

第１の実施の形態と同様に、現在時刻取得部１は、現在時刻を取得する（図８ステップＳ１００）。ここでは、現在時刻Ｔ１が例えば１１時００分であり、昇温開始時であるとする。

昇温所要時間取得部２は、目標温度ＳＰｉが変更され昇温が開始されたとき（図８ステップＳ１０１においてＹＥＳ）、昇温所要時間ＴＬ（推定値や実績値）を取得する（図８ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２の処理は第１の実施の形態で説明したとおりである。ここでは、図１０（Ａ）に示すように、１１時００分に目標温度ＳＰｉが常温２５℃から高温４００℃に変更され、実績値または推定値として得られた昇温所要時間ＴＬが１時間の例で説明する。

第１の実施の形態と同様に、昇温完了時刻取得部３は、昇温完了指定時刻Ｔ２を取得する（図８ステップＳ１０３）。ここでは、昇温完了指定時刻Ｔ２を１５時００分とする。
電力単価取得部４は、現在の電力単価ＥＰを取得する（図８ステップＳ１０４）。ここでは、１１時００分の昇温開始時において、電力単価ＥＰが例えば表１におけるレベル１相当の５０円／ｋＷｈであったとする。

第１の実施の形態と同様に、時間余裕判定部５は、昇温所要時間ＴＬに対して、現在時刻Ｔ１から昇温完了指定時刻Ｔ２までの時間に余裕があるか否かを判定する（図８ステップＳ１０５）。ここでは、昇温所要時間ＴＬが１時間で、現在時刻Ｔ１の１１時００分から昇温完了指定時刻Ｔ２の１５時００分まで４時間あることから、時間に余裕があると判定する。

総電力算出部６は、時間に余裕があると判定された場合、割当総電力ＰＷあるいは割当総電力ＰＷに対応する操作量上限値ＯＨｉを算出する（図８ステップＳ１０６）。現在の電力単価ＥＰは５０円／ｋＷｈであり、単位時間ｄＴあたりの電力料金の規定金額ＲＰは３００円／ｈである。したがって、総電力算出部６は、割当総電力ＰＷを次式のように算出する。
ＰＷ＝ＲＰ／ＥＰ＝３００／５０＝６．００ｋＷ ・・・（１８）

また、総電力算出部６は、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを次式のように算出する。
ＯＨｉ＝ＰＷ／（ＣＴｍ１＋ＣＴｍ２＋ＣＴｍ３＋ＣＴｍ４）×１００
＝６／１６×１００＝３７．５％ ・・・（１９）

第１の実施の形態で説明したとおり、総電力算出部６は、特許文献１に開示された総電力抑制制御装置が設置されている場合、割当総電力ＰＷを算出し、総電力抑制制御装置が設置されていない場合、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを算出する。

総電力出力部７は、総電力算出部６が割当総電力ＰＷを算出した場合には、この割当総電力ＰＷの値を総電力抑制制御装置に出力し、総電力算出部６が各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを算出した場合には、これら操作量上限値ＯＨｉをそれぞれ対応する制御ループＬｉの制御装置（図１４の例では温調計２０１−１〜２０１−４）に出力する（図８ステップＳ１０７）。図１０（Ｂ）の例では、１１時００分に各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉが初期値１００％から３７．５％に変更されている。総電力抑制制御装置と温調計２０１−ｉの動作は、第１の実施の形態で説明したとおりである。

次に、電力管理装置は、前回（昇温開始時）の処理から単位時間ｄＴ経過後に処理を再開する（図８ステップＳ１０９においてＹＥＳ）。
現在時刻取得部１は、現在時刻Ｔ１を取得する（ステップＳ１００）。ここでは、現在時刻Ｔ１が１２時００分となる。

昇温所要時間取得部２は、現在時刻Ｔ１において目標温度ＳＰｉが変更されておらず昇温開始時でない場合（ステップＳ１０１においてＮＯ）、昇温所要時間ＴＬの推定値を取得する（ステップＳ１１０）。

図１０（Ａ）に示すように１２時００分の温度ＰＶｉが１００℃まで既に昇温している場合、１００℃から目標温度ＳＰｉ＝４００℃まで（昇温幅ＤＴｉ＝３００℃）の昇温なので、昇温所要時間取得部２は、昇温開始時に取得した昇温所要時間ＴＬ０＝１時間と、昇温開始時の昇温幅ＤＴ０ｉ＝３７５℃と、現在の昇温幅ＤＴｉ＝３００℃とから次式のように昇温所要時間ＴＬを更新する。
ＴＬ＝ＴＬ０（ＤＴｉ／ＤＴ０ｉ）＝３００／３７５＝０．８００時間
・・・（２０）

第１の実施の形態で説明したように、式（２０）の昇温所要時間ＴＬの算出は制御ループＬｉ毎に行われるので、各制御ループＬｉの算出結果が異なる場合には、複数の算出結果のうちの最長の値を最新の昇温所要時間ＴＬとすればよい。

電力単価取得部４は、昇温所要時間取得部２が取得した最新の昇温所要時間ＴＬが０でない場合（ステップＳ１１１においてＮＯ）、現在の電力単価ＥＰを取得する（ステップＳ１０４）。ここでは、１２時００分において、電力単価ＥＰが例えば表１におけるレベル２相当の７５円／ｋＷｈであったとする。

時間余裕判定部５は、昇温所要時間ＴＬが０．８００時間で、現在時刻Ｔ１の１２時００分から昇温完了指定時刻Ｔ２の１５時００分まで３時間あることから、時間に余裕があると判定する（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）。

電力単価傾向対応部８は、１時間前（１１時００分）の電力単価ＥＰが５０円／ｋＷｈであり、現在時刻（１２時００分）の電力単価ＥＰが７５円／ｋＷｈなので、電力単価ＥＰが上昇傾向であると判定する（図８ステップＳ１１２においてＹＥＳ）。電力単価傾向対応部８は、電力単価ＥＰが上昇傾向の場合、今後さらに上昇する可能性があるものと判断し、例えば電力単価ＥＰの単位時間ｄＴあたりの上昇分（２５円／ｋＷｈ）の所定数倍（ここでは１０倍）の２５０円を、電力料金の現在の規定金額３００円／ｈに加算して、電力料金の規定金額を５５０円／ｈへと一時的に変更する（図８ステップＳ１１３）。

なお、電力単価傾向対応部８は、１時間前（１１時００分）の電力単価ＥＰに対して現在の電力単価ＥＰが低く、電力単価ＥＰが下降傾向であると判定した場合（図８ステップＳ１１４においてＹＥＳ）、今後さらに下降する可能性があるものと判断し、電力料金の現在の規定金額３００円／ｈを一時的に下げる（図８ステップＳ１１５）。例えば、仮に１時間前（１１時００分）に電力単価ＥＰが１００円／ｋＷｈだったものが、現在時刻（１２時００分）に７５円／ｋＷｈに変化したのだとしたら、電力単価ＥＰの単位時間ｄＴあたりの下降分（２５円／ｋＷｈ）の所定数倍（ここでは２倍）の５０円を、電力料金の現在の規定金額３００円／ｈから減算して、電力料金の規定金額を２５０円／ｈへと一時的に変更する。ここで、２倍というのは適宜設計されるべき数値であるが、特に一時的に下げる場合は、規定金額を抑え過ぎて昇温に支障が生じることがない程度に設計するのが目安になる。

また、電力単価傾向対応部８は、１時間前の電力単価ＥＰと現在時刻の電力単価ＥＰが同一、すなわち電力単価ＥＰが上昇傾向でも下降傾向でもなく、かつ１時間前に電力料金の規定金額を一時的に変更していた場合（図８ステップＳ１１６においてＹＥＳ）、電力料金の規定金額を予め規定された金額３００円／ｈに戻す（図８ステップＳ１１７）。

総電力算出部６は、ステップＳ１０５において時間に余裕があると判定された場合、割当総電力ＰＷあるいは割当総電力ＰＷに対応する操作量上限値ＯＨｉを算出する（ステップＳ１０６）。ここでは、現在の電力単価ＥＰ＝７５円／ｋＷｈに対して、ステップＳ１１３の処理により単位時間ｄＴあたりの電力料金の規定金額ＲＰが一時的に５５０円／ｈに変更されたので、総電力算出部６は、割当総電力ＰＷを次式のように算出する。
ＰＷ＝ＲＰ／ＥＰ＝５５０／７５＝７．３３ｋＷ ・・・（２１）

また、総電力算出部６は、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを次式のように算出する。
ＯＨｉ＝ＰＷ／（ＣＴｍ１＋ＣＴｍ２＋ＣＴｍ３＋ＣＴｍ４）×１００
＝７．３３／１６×１００＝４５．８％ ・・・（２２）

総電力算出部６は、特許文献１に開示された総電力抑制制御装置が設置されている場合、割当総電力ＰＷを算出し、総電力抑制制御装置が設置されていない場合、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを算出する。
総電力出力部７の動作（ステップＳ１０７）によって、図１０（Ｂ）の例では、１２時００分に各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉが３７．５％から４５．８％に変更されている。

次に、電力管理装置は、前回（１２時００分）の処理から単位時間ｄＴ経過後に処理を再開する（ステップＳ１０９においてＹＥＳ）。
現在時刻取得部１は、現在時刻Ｔ１を取得する（ステップＳ１００）。ここでは、現在時刻Ｔ１が１３時００分となる。

昇温所要時間取得部２は、現在時刻Ｔ１において目標温度ＳＰｉが変更されておらず昇温開始時でない場合（ステップＳ１０１においてＮＯ）、昇温所要時間ＴＬの推定値を取得する（ステップＳ１１０）。

図１０（Ａ）に示すように１３時００分の温度ＰＶｉが２００℃まで既に昇温している場合、２００℃から目標温度ＳＰｉ＝４００℃まで（昇温幅ＤＴｉ＝２００℃）の昇温なので、昇温所要時間取得部２は、昇温開始時に取得した昇温所要時間ＴＬ０＝１時間と、昇温開始時の昇温幅ＤＴ０ｉ＝３７５℃と、現在の昇温幅ＤＴｉ＝２００℃とから次式のように昇温所要時間ＴＬを更新する。
ＴＬ＝ＴＬ０（ＤＴｉ／ＤＴ０ｉ）＝２００／３７５＝０．５３３時間
・・・（２３）

電力単価取得部４は、昇温所要時間取得部２が取得した最新の昇温所要時間ＴＬが０でない場合（ステップＳ１１１においてＮＯ）、現在の電力単価ＥＰを取得する（ステップＳ１０４）。ここでは、１３時００分において、電力単価ＥＰが例えば表１におけるレベル３相当の１００円／ｋＷｈであったとする。

時間余裕判定部５は、昇温所要時間ＴＬが０．５３３時間で、現在時刻Ｔ１の１３時００分から昇温完了指定時刻Ｔ２の１５時００分まで２時間あることから、時間に余裕があると判定する（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）。

電力単価傾向対応部８は、１時間前（１２時００分）の電力単価ＥＰが７５円／ｋＷｈであり、現在時刻（１３時００分）の電力単価が１００円／ｋＷｈなので、電力単価ＥＰが上昇傾向であると判定する（ステップＳ１１２においてＹＥＳ）。電力単価傾向対応部８は、電力単価ＥＰが上昇傾向の場合、例えば電力単価ＥＰの単位時間ｄＴあたりの上昇分（２５円／ｋＷｈ）の１０倍の２５０円を、電力料金の現在の規定金額５５０円／ｈに加算して、電力料金の規定金額を８００円／ｈへと一時的に変更する（ステップＳ１１３）。

総電力算出部６は、ステップＳ１０５において残り時間に余裕があると判定された場合、割当総電力ＰＷあるいは割当総電力ＰＷに対応する操作量上限値ＯＨｉを算出する（ステップＳ１０６）。ここでは、現在の電力単価ＥＰ＝１００円／ｋＷｈに対して、上記のステップＳ１１３の処理により単位時間ｄＴあたりの電力料金の規定金額ＲＰが一時的に８００円／ｈに変更されたので、総電力算出部６は、割当総電力ＰＷを次式のように算出する。
ＰＷ＝ＲＰ／ＥＰ＝８００／１００＝８．００ｋＷ ・・・（２４）

また、総電力算出部６は、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを次式のように算出する。
ＯＨｉ＝ＰＷ／（ＣＴｍ１＋ＣＴｍ２＋ＣＴｍ３＋ＣＴｍ４）×１００
＝８．００／１６×１００＝５０．０％ ・・・（２５）

総電力出力部７の動作（ステップＳ１０７）によって、図１０（Ｂ）の例では、１３時００分に各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉが４５．８％から５０．０％に変更されている。

次に、電力管理装置は、前回（１３時００分）の処理から単位時間ｄＴ経過後に処理を再開する（ステップＳ１０９においてＹＥＳ）。
現在時刻取得部１は、現在時刻Ｔ１を取得する（ステップＳ１００）。ここでは、現在時刻Ｔ１が１４時００分となる。

昇温所要時間取得部２は、現在時刻Ｔ１において目標温度ＳＰｉが変更されておらず昇温開始時でない場合（ステップＳ１０１においてＮＯ）、昇温所要時間ＴＬの推定値を取得する（ステップＳ１１０）。

図１０（Ａ）に示すように１４時００分の温度ＰＶｉが３００℃まで既に昇温している場合、３００℃から目標温度ＳＰｉ＝４００℃まで（昇温幅ＤＴｉ＝１００℃）の昇温なので、昇温所要時間取得部２は、昇温開始時に取得した昇温所要時間ＴＬ０＝１時間と、昇温開始時の昇温幅ＤＴ０ｉ＝３７５℃と、現在の昇温幅ＤＴｉ＝１００℃とから次式のように昇温所要時間ＴＬを更新する。
ＴＬ＝ＴＬ０（ＤＴｉ／ＤＴ０ｉ）＝１００／３７５＝０．２６７時間
・・・（２６）

電力単価取得部４は、昇温所要時間取得部２が取得した最新の昇温所要時間ＴＬが０でない場合（ステップＳ１１１においてＮＯ）、現在の電力単価ＥＰを取得する（ステップＳ１０４）。ここでは、１４時００分において、電力単価ＥＰが例えば表１におけるレベル３相当の１００円／ｋＷｈであったとする。

時間余裕判定部５は、昇温所要時間ＴＬが０．２６７時間で、現在時刻Ｔ１の１４時００分から昇温完了指定時刻Ｔ２の１５時００分まで１時間であることから、次の１時間後の処理までには余裕がないと判定する（ステップＳ１０５においてＮＯ）。

総電力算出部６は、時間に余裕がないと判定された場合、ヒータＨｉがフル出力になるように割当総電力ＰＷあるいは割当総電力ＰＷに対応する操作量上限値ＯＨｉを算出する（ステップＳ１０８）。具体的には、総電力算出部６は、割当総電力ＰＷを式（７）のように算出するか、あるいは各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを最大値１００％とする。

総電力出力部７の動作（ステップＳ１０７）によって、図１０（Ｂ）の例では、１４時００分に各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉが５０．０％から１００％に変更されている。

次に、電力管理装置は、前回（１４時００分）の処理から単位時間ｄＴ経過後に処理を再開する（ステップＳ１０９においてＹＥＳ）。
現在時刻取得部１は、現在時刻Ｔ１を取得する（ステップＳ１００）。ここでは、現在時刻Ｔ１が１５時００分となる。

昇温所要時間取得部２は、現在時刻Ｔ１において昇温所要時間ＴＬの推定値を取得する（ステップＳ１１０）。図１０（Ａ）に示すように１５時００分になる前に温度ＰＶｉが４００℃まで既に昇温しており、昇温幅ＤＴｉが０℃となるので、昇温所要時間取得部２は、昇温所要時間ＴＬを０とする。

電力管理装置は、昇温所要時間ＴＬが０となったことにより（ステップＳ１１１においてＹＥＳ）、図８の一連の処理を終了する。なお、昇温所要時間ＴＬを計算せずに、現在時刻Ｔ１が昇温完了指定時刻Ｔ２になった時点で、図８の処理を終了してもよい。

以上のように、本実施の形態では、複数の単位時間の間に、電力単価が上がっている場合は、さらに電力単価が上がる可能性が高いものと推定し、電力料金の規定金額を高く変更して、昇温を急ぐ方向に操作する。上記の例は、傾向通りに電力単価が上がるケースであり、１２時００分から１３時００分に、レベル２相当の７５円／ｋＷｈでの電力利用を増やした分だけ、電力料金を低減したことになる。

なお、第１、第２の実施の形態共に、全ヒータゾーンがほぼ同じ温度変化を示すものと仮定して説明したが、各ヒータゾーンの温度変化（昇温速度）が異なる場合は、昇温所要時間ＴＬを取得（推定）する際に、上記のとおり、昇温所要時間ＴＬの複数の算出結果のうちの最長の値を代表値として採用するようにすればよい。

［第３の実施の形態］
また、第１、第２の実施の形態では、熱処理炉のような加熱装置を適用対象とし、昇温動作について説明したが、本発明は、ペルチェ素子のような電気冷却素子を使用する冷却装置による降温動作にも適用可能である。すなわち、本発明は、第１の実施の形態の「昇温」を「降温」に置き換えた形態を権利範囲に含む。

図１１は本発明の第３の実施の形態に係る電力管理装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電力管理装置は、現在時刻取得部１と、降温対象の降温所要時間（推定値や実績値）を取得する降温所要時間取得部２ａと、降温対象の降温完了指定時刻を取得する降温完了時刻取得部３ａと、電力単価取得部４と、時間余裕判定部５と、総電力算出部６と、総電力出力部７とを備えている。

本実施の形態においても、電力管理装置の処理の流れは第１の実施の形態と同様であり、図２中の「昇温」を「降温」に置き換えたものに相当するので、図２の符号を用いて説明する。

現在時刻取得部１の動作（図２ステップＳ１００）は第１の実施の形態と同じである。降温所要時間取得部２ａは、目標温度ＳＰｉが変更され降温が開始されたとき（図２ステップＳ１０１においてＹＥＳ）、降温所要時間ＴＬ（推定値や実績値）を取得する（図２ステップＳ１０２）。降温所要時間ＴＬとしては、対象の冷却装置における過去の同等の降温（目標温度ＳＰｉの推移が今回と同じ降温）における実績値を取得してもよいし、推定値を取得してもよい。

降温所要時間取得部２ａは、推定値を取得する場合、各制御ループＬｉの変更後の目標温度ＳＰｉ（降温完了時の目標温度）と現在の温度ＰＶｉとから、降温幅ＤＴｉを次式のように計算すればよい。
ＤＴｉ＝ＰＶｉ−ＳＰｉ ・・・（２７）

降温動作の場合、各制御ループＬｉの目標温度変更前の操作量ＭＶｉから、温度ＰＶｉの変化レート（降温レート）ＴＣｉ［ｓｅｃ．／℃］を計算する式として、式（２）の代わりに次式を用いる。
ＴＣｉ＝ＴＣｏｉ｛１００／（１００−ＭＶｉ）｝ ・・・（２８）

ＴＣｏｉは、制御ループＬｉ毎に予め記憶されている、冷却装置の冷却能力を示す値であり、操作量ＭＶｉ＝０．０％の状態から最大出力ＭＶｉ＝１００％にしたときの温度ＰＶｉの変化レート値である。

降温動作の場合、各制御ループＬｉの昇温所要時間ＴＬｉを計算する式として、式（３）の代わりに次式を用いる。
ＴＬｉ＝ＴＣｉＤＴｉ ・・・（２９）
そして、降温所要時間取得部２ａは、各制御ループＬｉの降温所要時間ＴＬｉのうちの最大値ＴＬを選出する。以上の処理により、降温所要時間ＴＬの推定値を得ることができる。

また、ＴＬ０を降温開始時に取得した降温所要時間、ＤＴ０ｉを降温開始時の降温幅、ＤＴｉを現在の降温幅とすれば、降温所要時間取得部２ａは、式（１１）により降温所要時間ＴＬを更新することができる（図２ステップＳ１１０）。

降温完了時刻取得部３ａは、降温対象の降温完了指定時刻Ｔ２を取得する（図２ステップＳ１０３）。降温完了指定時刻Ｔ２は、例えばオペレータが入力すればよい。
電力単価取得部４の動作（図２ステップＳ１０４）は第１の実施の形態と同じである。本実施の形態の時間余裕判定部５の動作はステップＳ１０５の説明の「昇温」を「降温」に置き換えたものに相当する。

第１の実施の形態と同様に、総電力算出部６は、冷却装置の電力を抑制する装置として、総電力抑制制御装置が設置されている場合、割当総電力ＰＷを算出する。また、このような総電力抑制制御装置が設置されていない場合には、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを算出する。

総電力算出部６は、降温所要時間ＴＬに対して降温完了指定時点Ｔ２までの残り時間に余裕があると判定された場合（図２ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、式（５）のように電力料金の規定金額ＲＰを電力単価ＥＰで割ることで、割当総電力ＰＷを算出する（図２ステップＳ１０６）。また、総電力算出部６は、残り時間に余裕があると判定され、割当総電力ＰＷに対応する操作量上限値ＯＨｉを算出する場合、割当総電力ＰＷを冷却装置の電気冷却素子の容量の合計で割ることで、各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを算出する（ステップＳ１０６）。この場合、ＣＴｍｉを、操作量ＭＶｉが最大値１００％の場合の制御ループＬｉの電気冷却素子の使用電力値（容量）とすれば、操作量上限値ＯＨｉは式（６）で計算できる。

また、総電力算出部６は、ステップＳ１０５において残り時間に余裕がないと判定された場合、割当総電力ＰＷを式（７）により計算するか、あるいは各制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを最大値１００％とすればよい（図２ステップＳ１０８）。

総電力出力部７の動作（図２ステップＳ１０７）は、第１の実施の形態と同じである。総電力抑制制御装置については、「昇温」の説明を「降温」に置き換え、式（８）の代わりに次式を用いて必要出力ＭＵｉを制御ループＬｉ毎に算出すればよい。
ＭＵｉ＝｛１００ＴＨｏｉ／（ＴＬ’／ＤＴｉ）｝＋ＭＶｉ ・・・（３０）

冷却装置の各冷却ゾーンにはペルチェ素子のような電気冷却素子が設置されている。各制御ループＬｉの制御装置（温調計）は、各冷却ゾーンに設置された温度センサＳｉが計測した温度ＰＶｉが目標温度ＳＰｉと一致するように操作量ＭＶｉを算出して、操作量ＭＶｉを操作量上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上限リミット処理を行なう。そして、制御装置（温調計）は、上限リミット処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉの電力調整器に出力し、電力調整器は、この操作量ＭＶｉに応じた電力を制御ループＬｉの電気冷却素子に供給する。
こうして、冷却装置による降温動作においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第４の実施の形態］
第３の実施の形態では、第１の実施の形態の「昇温」を「降温」に置き換えた形態を説明したが、第２の実施の形態の「昇温」を「降温」に置き換えることも可能である。図１２は本発明の第４の実施の形態に係る電力管理装置の構成を示すブロック図であり、図１、図１１と同一の構成には同一の符号を付してある。

本実施の形態の電力管理装置は、現在時刻取得部１と、降温所要時間取得部２ａと、降温完了時刻取得部３ａと、電力単価取得部４と、時間余裕判定部５と、総電力算出部６と、総電力出力部７と、電力単価傾向対応部８とを備えている。

本実施の形態の電力管理装置の処理の流れは第２の実施の形態と同様であり、図８中の「昇温」を「降温」に置き換えたものに相当する。電力単価傾向対応部８の動作は第２の実施の形態で説明したとおりであり、その他の構成については第３の実施の形態で説明したとおりである。
こうして、冷却装置による降温動作においても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第１〜第４の実施の形態では、適用対象として、温度を制御する制御ループＬｉを複数備えたマルチループ制御系の加熱装置や冷却装置を例に挙げて説明しているが、これに限るものではなく、本発明は制御ループＬｉが１つのシングルループ制御系の加熱装置や冷却装置に適用することも可能である。

第１〜第４の実施の形態で説明した電力管理装置は、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第１〜第４の実施の形態で説明した処理を実行する。同様に、総電力抑制制御装置を構成するコンピュータのＣＰＵは、このコンピュータの記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第４の実施の形態で説明した処理を実行する。同様に、温調計を構成するコンピュータのＣＰＵは、このコンピュータの記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第４の実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、変動する電力単価に応じて加熱装置や冷却装置の使用電力を管理する技術に適用することができる。

１…現在時刻取得部、２…昇温所要時間取得部、２ａ…降温所要時間取得部、３…昇温完了時刻取得部、３ａ…降温完了時刻取得部、４…電力単価取得部、５…時間余裕判定部、６…総電力算出部、７…総電力出力部、８…電力単価傾向対応部、１０…割当総電力入力部、１１…必要出力推定部、１２…使用電力合計算出部、１３…探索処理部、１４…昇温時間設定部、１５…割当総電力判定部。

Claims (10)

1. 昇温対象を電気ヒータで昇温するのに必要な昇温所要時間、あるいは降温対象を電気冷却素子で降温するのに必要な降温所要時間を取得する所要時間取得手段と、
   ダイナミックプライシングによる電力単価を取得する電力単価取得手段と、
   昇温時に前記昇温所要時間に対して昇温完了指定時点までの残り時間に余裕があるか否か、あるいは降温時に前記降温所要時間に対して降温完了指定時点までの残り時間に余裕があるか否かを判定する時間余裕判定手段と、
   この時間余裕判定手段が時間に余裕があると判定した場合に、前記電力単価に応じて、単位時間あたりの電力料金が規定金額になるように、前記電気ヒータの使用電力もしくは前記電気冷却素子の使用電力を規定する割当総電力、あるいは前記割当総電力に対応する操作量上限値を算出する総電力算出手段と、
   前記割当総電力の値あるいは前記操作量上限値を出力する総電力出力手段とを備え、
   前記総電力出力手段は、前記電気ヒータの使用電力もしくは前記電気冷却素子の使用電力が前記割当総電力を超えないように前記電気ヒータもしくは前記電気冷却素子への操作量出力を制限する総電力抑制制御装置に対して前記割当総電力の値を出力するか、あるいは前記電気ヒータもしくは前記電気冷却素子に操作量を与える制御装置に対して前記操作量上限値を出力することを特徴とする電力管理装置。
2. 請求項１記載の電力管理装置において、
   さらに、複数の単位時間の間における前記電力単価の変化の傾向に対応して、前記電力料金の規定金額を一時的に変更する電力単価傾向対応手段を備えることを特徴とする電力管理装置。
3. 請求項２記載の電力管理装置において、
   前記電力単価傾向対応手段は、複数の単位時間の間に前記電力単価が上がっている場合は、前記電力料金の規定金額を一時的に上げて、昇温を急ぐ方向に操作し、複数の単位時間の間に前記電力単価が下がっている場合は、前記電力料金の規定金額を一時的に下げて、昇温を待つ方向に操作するものであることを特徴とする電力管理装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力管理装置において、
   一連の処理を単位時間毎に実行することを特徴とする電力管理装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力管理装置において、
   前記総電力算出手段は、前記時間余裕判定手段が時間に余裕がないと判定した場合に、フル出力になるように前記割当総電力あるいは前記割当総電力に対応する操作量上限値を算出することを特徴とする電力管理装置。
6. 昇温対象を電気ヒータで昇温するのに必要な昇温所要時間、あるいは降温対象を電気冷却素子で降温するのに必要な降温所要時間を取得する所要時間取得ステップと、
   ダイナミックプライシングによる電力単価を取得する電力単価取得ステップと、
   昇温時に前記昇温所要時間に対して昇温完了指定時点までの残り時間に余裕があるか否か、あるいは降温時に前記降温所要時間に対して降温完了指定時点までの残り時間に余裕があるか否かを判定する時間余裕判定ステップと、
   この時間余裕判定ステップで時間に余裕があると判定した場合に、前記電力単価に応じて、単位時間あたりの電力料金が規定金額になるように、前記電気ヒータの使用電力もしくは前記電気冷却素子の使用電力を規定する割当総電力、あるいは前記割当総電力に対応する操作量上限値を算出する総電力算出ステップと、
   前記割当総電力の値あるいは前記操作量上限値を出力する総電力出力ステップとを含み、
   前記総電力出力ステップは、前記電気ヒータの使用電力もしくは前記電気冷却素子の使用電力が前記割当総電力を超えないように前記電気ヒータもしくは前記電気冷却素子への操作量出力を制限する総電力抑制制御装置に対して前記割当総電力の値を出力するか、あるいは前記電気ヒータもしくは前記電気冷却素子に操作量を与える制御装置に対して前記操作量上限値を出力することを特徴とする電力管理方法。
7. 請求項６記載の電力管理方法において、
   さらに、複数の単位時間の間における前記電力単価の変化の傾向に対応して、前記電力料金の規定金額を一時的に変更する電力単価傾向対応ステップを含むことを特徴とする電力管理方法。
8. 請求項７記載の電力管理方法において、
   前記電力単価傾向対応ステップは、複数の単位時間の間に前記電力単価が上がっている場合は、前記電力料金の規定金額を一時的に上げて、昇温を急ぐ方向に操作し、複数の単位時間の間に前記電力単価が下がっている場合は、前記電力料金の規定金額を一時的に下げて、昇温を待つ方向に操作することを特徴とする電力管理方法。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載の電力管理方法において、
   一連の処理を単位時間毎に実行することを特徴とする電力管理方法。
10. 請求項６乃至９のいずれか１項に記載の電力管理方法において、
    前記総電力算出ステップは、前記時間余裕判定ステップで時間に余裕がないと判定した場合に、フル出力になるように前記割当総電力あるいは前記割当総電力に対応する操作量上限値を算出することを特徴とする電力管理方法。