JP6570499B2

JP6570499B2 - 電力管理システム

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Publication number: JP6570499B2
Application number: JP2016191348A
Authority: JP
Inventors: 裕幸内田
Original assignee: Mitsubishi Electric Building Techno-Service Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Building Techno-Service Co Ltd
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2019-09-04
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: JP2018057165A

Description

本発明は、デマンド制御によって電力管理を行う、電力管理システムに関する。

例えばビル等の、高圧受電の契約者は、最大需用電力［ｋＷ］を定めた受電契約を電気事業者と結ぶ。しかし、契約者の実際の消費電力が、契約した最大需用電力、すなわち契約電力を超過すると、その契約電力に関わらず、超過した電力を基準にして契約期間（例えば一年間）の基本料金が設定されてしまう。

そこで従来から、ビルの消費電力を契約電力以下に抑える、電力管理システム（ＥＭＳ、ＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）が知られている。電力管理システムは、いわゆるデマンド値を制御するデマンド制御に基づいて電力管理を行う。

デマンド値は契約電力との比較対象となるパラメータであり、デマンド時限（例えば３０分間）当たりの平均消費電力［ｋＷ］を指す。電力管理システムは、デマンド時限における積算消費電力がデマンド上限（例えば、契約電力とデマンド時限の積）に近づくと、管理対象の機器の消費電力を絞り込む。例えば稼働中の機器を一部停止させる。

ここで、上記のようなデマンド制御において、デマンド時限内にスケジュール機能により起動設定される機器がある場合、当該機器の起動に伴って積算電力がデマンド上限を超過するおそれがある。

そこで例えば特許文献１では、所定の空調設備に対してデマンド制御要求とスケジュール制御要求が同時に発せられ、制御要求が衝突（重複）するときには、デマンド制御要求を優先させている。また、特許文献２では、いわゆるデマンドレスポンス制御の実施期間に、スケジュール運転等の非デマンドレスポンス制御の実行予定があるときには、当該実行予定を一旦中止させ、その実行をデマンドレスポンス制御の実施期間後まで遅延させている。

特開２０１１−３８６８２号公報特開２０１５−４７００５号公報

ところで、デマンド制御の実行中にスケジュール設定を無効にする手法は、デマンド上限の超過を防止するという観点では有効ではあるものの、一般的にスケジュール設定はそのビルの利用者の快適性を考慮して設定されるものであり、可能な限りその設定を有効とすることが好ましい。そこで本発明は、デマンド上限を超過しない範囲で、デマンド時限内でスケジュール設定を有効とすることの可能な、デマンド制御システムを提供することを目的とする。

本発明は、電力管理システムに関する。当該システムは、集計部、余力算出部、スケジュール設定データベース、及び、機器制御部を備える。集計部は、デマンド時限初期からの、配下の電気機器の消費電力を集計した積算消費電力実績値を求める。余力算出部は、前記積算消費電力実績値を求めた時点における積算消費電力目標値から、前記積算消費電力実績値を減算した余力を求める。スケジュール設定データベースには、起動設定時刻、停止設定時刻、及びモデル消費電力が前記電気機器ごとに記憶される。機器制御部は、前記積算消費電力実績値を求めた時点が前記起動設定時刻から前記停止設定時刻までの間に含まれる前記電気機器の中から、前記モデル消費電力の総和が前記余力以下となるように前記電気機器を選択して稼働許可指令を出力する。

また、上記発明において、前記スケジュール設定データベースには、前記電気機器の優先度が記憶されていてよい。この場合において、前記機器制御部は、前記積算消費電力実績値を求めた時点が前記起動設定時刻から前記停止設定時刻までの間に含まれる前記電気機器の中から、前記モデル消費電力の総和が前記余力以下となるように、前記優先度の高い順に前記電気機器を選択して前記稼働許可指令を出力してもよい。

また、上記発明において、前記機器制御部は、前記積算消費電力実績値を求めた時点が前記起動設定時刻から前記停止設定時刻までの間に含まれる前記電気機器の中から、前記モデル消費電力の総和が前記余力以下となるように、前記モデル消費電力の小さい順に前記電気機器を選択して前記稼働許可指令を出力してもよい。

本発明によれば、デマンド上限を超過しない範囲で、デマンド時限内でスケジュール設定を有効とすることが可能となる。

本実施形態に係る電力管理システムを含む、電力系統図を例示する図である。電力管理システムのハード構成を例示する図である。電力管理システムの機能ブロックを例示する図である。デマンド制御の例を示すタイムチャートである。スケジュール設定データベースに記憶された、スケジュールテーブルを例示する図である。本実施形態に掛かるスケジュール設定機器稼動判定フローを例示する図である。本実施形態に掛かるスケジュール設定機器稼動判定フローの別例を示す図である。

図１に、本実施形態に係る電力管理システム１０を含む、電力系統図を例示する。図１に例示する電力管理システム１０は、例えばビル等の建築設備の監視制御システムであるＢＥＭＳ（ＢｕｉｌｄｉｎｇａｎｄＥｎｅｒｇｙＭａｎｅｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）から構成される。

なお、本実施形態に係る電力管理システム１０は、ＢＥＭＳに限らずに、種々の電力管理システムであってよい。例えば家庭内のエネルギー監視システムであるＨＥＭＳ（ＨｏｍｅＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）、工場内のエネルギー監視システムであるＦＥＭＳ（ＦａｃｔｏｒｙＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）、及び地域内のエネルギー管理システムであるＣＥＭＳ（Ｃｌｕｓｔｅｒ/ＣｏｍｍｕｎｉｔｙＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）も電力管理システム１０となり得る。

電力管理システム１０は、中央装置１２、サブコントローラ１４Ａ，１４Ｂ、デジタルコントローラ１６Ａ〜１６Ｃ、リモートステーション１８Ａ，１８Ｂを備え、各電気機器２０Ａ〜２０Ｅに接続される。

電気機器２０Ａ〜２０Ｅは、ビル内に設置される種々の設備機器であり、例えば空調機器、照明機器、衛生機器、防災機器、防犯機器、及び動力機器等が含まれる。また、電力管理システム１０は、各電気機器２０Ａ〜２０Ｅの他に、センサ２２Ａ〜２２Ｅ及び操作盤２４Ａ〜２４Ｃと接続される。

図１の例では、電気機器２０Ａ，２０Ｂは照明機器であり、電気機器２０Ｃは空調機であり、電気機器２０Ｄは熱源機であり、電気機器２０ＥはＶＡＶシステム（ＶａｒｉａｂｌｅＡｉｒＶｏｌｕｍｅ、可変風量システム）である。

また、センサ２２Ａ，２２Ｂは照明機器センサである。照明機器センサは、照度センサ及び電力計を含む。センサ２２Ｃは空調機センサであり、温度センサ、流量センサ、及び電力計を含む。センサ２２Ｄは熱源機センサであり、温度センサ、流量センサ、及び電力計を含む。さらにセンサ２２ＥはＶＡＶセンサであり、温度センサ、ダンパ開度センサ、及び電力計を含む。

なお、図１は紙面の都合上、中央装置１２の下位に接続されるサブコントローラ１４等の機器の一部を例示するものであって、図示した構成の他にも種々の機器が接続されていてよい。

中央装置１２は、例えばいわゆるＢ−ＯＷＳ（ＢＡＣｎｅｔＯｐｅｒａｔｏｒＷｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ）から構成されており、管理者等により操作監視されるクライアントＰＣとしての機能と、データ保存やアプリケーション処理等を行うサーバーとしての機能を備えている。中央装置１２では、例えば画面表示や設定操作が行われる。

サブコントローラ１４は主に制御機能を担う。サブコントローラ１４は、例えばいわゆるＢ−ＢＣ（ＢｕｉｌｄｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）から構成されており、デジタルコントローラ１６やリモートステーション１８等の端末伝送機器と通信し、ポイントデータやスケジュール制御等を管理する。例えばサブコントローラ１４は、空調設備系統、照明設備系統、衛生設備系統、防犯設備系統等、各機能別系統（サブシステム）ごとに一つずつ設けられる。

中央装置１２及びサブコントローラ１４は電力管理システム１０の上位システムを構成する。この上位システムでは、複数の設備機器を統括制御し、例えば後述する図４のようなデマンド制御を実行する。

デジタルコントローラ１６はいわゆるＤＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）であってよく、ＢＥＭＳにおける分散制御を実現するための調節器としての機能を備える。例えばデジタルコントローラ１６はサブコントローラ１４から送られたスケジュール設定に基づくプログラム制御や、同じくサブコントローラ１４から送られた目標値に基づくフィードバック制御等により、接続先の電気機器２０Ｃ〜２０Ｅを制御する。また、デジタルコントローラ１６はセンサ２２Ｃ〜２２Ｅの計測値や電気機器２０Ｃ〜２０Ｅの警告等を上記システムや他のデジタルコントローラ１６に送信する。

リモートステーション１８はアウトステーション、ローカルステーションとも呼ばれ、接続先のセンサ２２Ａ，２２Ｂや電気機器２０Ａ，２０Ｂの監視や制御を行う。機能的にはデジタルコントローラ１６と重複するため、デジタルコントローラ１６及びリモートステーション１８は接続先の電気機器２０Ａ〜２０Ｅやセンサ２２Ａ〜２２Ｅに応じて適宜どちらか一方が選択される。

中央装置１２、サブコントローラ１４、デジタルコントローラ１６、及びリモートステーション１８はコンピュータから構成される。例えば図２に示すように、そのいずれにも、ＣＰＵ２６、メモリ２８、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）３０、入力部３２、出力部３４、及び入出力インターフェース３６が設けられる。

例えば電力管理システム１０はいわゆる垂直分散制御方式を採っている。例えばリモートステーション１８Ａ，１８Ｂでは、サブコントローラ１４Ａから送られた照度指令と照度センサ２２Ａ，２２Ｂに基づく、照明機器２０Ａ，２０Ｂに対するフィードバック制御がそれぞれ実行される。フィードバック制御が不調であるとリモートステーション１８Ａ，１８Ｂが判定すると、各リモートステーション１８Ａ，１８Ｂからサブコントローラ１４Ａに異常信号が送られる（信号数：２点）。サブコントローラ１４Ａでは、自身が管理する照明系統に異常信号が発せられたことを中央装置１２に送信する（信号数：１点）。中央装置１２の管理者は、サブコントローラ１４Ａから送られた報告をもとにサブコントローラ１４Ａまで移動して異常信号の発信源を確認する（現地確認）。このように、サブコントローラ１４Ａが受信した２点の信号を１点に集約して中央装置１２に送ることで、通信点数を削減可能となる。

また、中央装置１２にて作成された空調スケジュールがサブコントローラ１４Ａ，１４Ｂを介してデジタルコントローラ１６Ａ〜１６Ｃやリモートステーション１８Ａ，１８Ｂのハードディスクドライブ３０に記憶される。このようにすることで、上位システム（中央装置１２及びサブコントローラ１４Ａ，１４Ｂ）がダウンしても、下位システム（デジタルコントローラ１６Ａ〜１６Ｃ、リモートステーション１８Ａ，１８Ｂ）によって各電気機器２０Ａ〜２０Ｅの制御が可能となる。

さらに、デマンド制御の実行時には、中央装置１２が配下（管理対象）の電気機器２０の消費電力実績値の総和の積算値（積算消費電力実績値）と目標値（積算消費電力目標値）との差異に基づいて、適宜電気機器２０の運転を制御する。例えば積算消費電力実績値が積算消費電力目標値を超過している場合には、中央装置１２は適宜稼働中の電気機器２０の運転状況を抑制側に（例えば空調であれば風量を絞るように）制御する。一方、積算消費電力実績値が積算消費電力目標値を下回る場合には、後述するように、スケジュール設定された電気機器２０の稼動を適宜許可する。

図３には、中央装置１２の機能ブロックが例示されている。中央装置１２は、データ受信部３８、電力集計部４０、余力算出部４２、契約電力記憶部４４、積算消費電力目標値算出部４６、機器制御部４８、スケジュール設定データベース５０、及びデータ送信部５２を含んで構成される。

上記機能部は、仮想的にあるいは理解を容易にするために便宜的に、それぞれ独立して図示されている。例えばコンピュータの読み取り可能な記憶媒体であるハードディスクドライブ３０やＣＤ、ＤＶＤ等の光学ディスクに記憶された、スケジュール設定機器稼動判定プログラムをＣＰＵ２６が実行することで、ＣＰＵ２６やメモリ２８、ハードディスクドライブ３０のリソースが適宜割り当てられ、それぞれの機能部が構成される。

データ受信部３８は、デジタルコントローラ１６、リモートステーション１８、及びサブコントローラ１４を介して、センサ２２群、特に電力計が取得した各電気機器２０の消費電力データを受信する。

電力集計部４０は、データ受信部３８が受信したセンサ２２単位の消費電力を集計して、電力管理システム１０の配下にある全ての電気機器２０の消費電力の総和である、消費電力実績値を算出する。さらに後述するように、電力集計部４０は、デマンド時限初期からの消費電力実績値を積算した、積算消費電力実績値を求める。

契約電力記憶部４４には、電力管理システム１０の管理者（運用者）と電気事業者との間で交わされた契約電力（最大需用電力）が記憶される。積算消費電力目標値算出部４６は、契約電力記憶部４４から契約電力を呼び出し、これを超過しないように、デマンド時限における積算消費電力目標値を定める。

図４には、デマンド制御実行時のタイムチャートが例示されている。当該タイムチャートにおいて、横軸は時間、縦軸は積算電力を表す。デマンド上限は、例えば契約電力にデマンド時限（３０分）を掛けた値であって、デマンド時限終点時に積算消費電力実績値がデマンド時限を超過すると、デマンド値（消費電力の３０分平均値）が契約電力を超過することになる。

積算消費電力目標値は、デマンド時限における電力消費のモデルを示すものであって、例えばデマンド終了時点における積算消費電力が、デマンド上限から所定の電力マージンＷｍだけ低くなるように、その特性線が定められる。

図３に戻り、余力算出部４２は、電力集計部４０により積算消費電力実績値が算出された時点における積算消費電力目標値から、当該積算消費電力実績値を減算した余力ΔＷ（図４参照）を求めて機器制御部４８に送信する。

スケジュール設定データベース５０は、配下（電力管理対象）の電気機器２０のスケジュール設定が記憶されている。図５には、スケジュール設定データベース５０にて記憶されるスケジュールテーブルが例示されている。当該テーブルは、電気機器２０ごとに、起動設定時刻、停止設定時刻、稼動時間帯確認、稼動状態、優先度、モデル消費電力のセルが設けられる。

起動設定時刻及び停止設定時刻のセルには、例えばビルのテナントの利用者により操作盤２４等から設定された情報が入力される。稼動時間帯確認のセルには、現在時刻が起動設定時刻から停止設定時刻の間に含まれる場合には、稼働時間体内との項目（ステータス）が与えられる（入力される）。また、現在時刻が起動設定時刻から停止設定時刻の間に含まれない場合には、稼働時間体外との項目が与えられる。

稼動状態のセルには、実際の電気機器２０の稼働状況が入力される。本実施形態では、起動設定時刻を経過しても、後述するように機器制御部４８によって稼動許可指令が出力されないと、その起動が保留されるように設定されている。図５の例では、説明の便宜上、全ての電気機器２０を停止状態としている。

優先度のセルには、スケジュール設定された電気機器２０を起動させる優先度（優先順位）が入力される。この優先度は、各テナントの利用者の協議等を通じて、予め設定される。モデル消費電力［ｋＷ］は、対象の電気機器２０を仮に起動させたときの消費電力を表す。例えば照明機器２０Ａであれば、照度が中であるときの消費電力がモデル消費電力として記憶される。

機器制御部４８は、余力算出部４２から余力ΔＷを取得し、またスケジュール設定データベース５０から、スケジュール設定されている電気機器２０のデータを呼び出す。機器制御部４８は、積算消費電力実績値が算出された現在時点が稼働時間帯内にある、すなわち、起動設定時刻から停止設定時刻に含まれる電気機器２０の中から、モデル消費電力の総和が余力ΔＷ以下となるように電気機器２０を選択して、選択された電気機器２０に対して稼動許可指令を出力する。

電気機器２０の選択に当たり、後述する図６のステップＳ１６のように、優先度の高い順に電気機器２０を選択して、それぞれのモデル消費電力の総和が余力ΔＷ以内に収まるようにしてもよい。優先度はテナント等の利用者の快適度を反映しているものと考えられるから、優先度の高い順に電気機器２０を起動させていくことで、利用者の快適性向上に繋がる。

また、これに代えて、後述する図７のステップＳ２８のように、モデル消費電力の小さい順に電気機器２０を選択して、それぞれのモデル消費電力の総和が余力ΔＷ以内に収まるようにしてもよい。このようにすることで、起動可能な電気機器２０を多数確保できる。

データ送信部５２は、機器制御部４８から稼動許可指令を受信し、これをサブコントローラ１４を介して、デジタルコントローラ１６及びリモートステーション１８に送信する。デジタルコントローラ１６及びリモートステーション１８では稼動許可指令を解釈し、対象となる電気機器２０に稼動指令を送信する。

＜スケジュール設定機器稼動判定フロー＞
図６には、中央装置１２により実行されるスケジュール設定機器稼動判定フローが例示されている。まず、電力集計部４０はセンサ２２類からセンサ単位の消費電力を取得する。さらに電力集計部４０は、ＥＭＳ単位の、つまり、電力管理システムの配下の電気機器２０の消費電力の総和を算出する。加えてデマンド時限始点から時間が経過している場合は、デマンド時限始点からの消費電力（ＥＭＳ単位）を積算して、これを積算消費電力実績値とする（Ｓ１０）。

次に余力算出部４２は、電力集計部４０から積算消費電力実績値を取得するとともに積算消費電力目標値算出部４６から積算消費電力目標値を取得する。さらに余力算出部４２は、積算消費電力実績値が算出された時点における積算消費電力目標値から、積算消費電力実績値を引いて余力ΔＷを求める（Ｓ１２）。

次に機器制御部４８は、余力ΔＷが誤差範囲に収まるか否かを判定する。すなわち機器制御部４８は、余力ΔＷが、図４に示す電力マージンＷｍ、つまりデマンド終了時点におけるデマンド上限と積算消費電力目標値との差分未満か否かを判定する（Ｓ１４）。

ΔＷ＜Ｗｍである場合、例えば余力ΔＷが図４のΔＷ１であるような場合、余力ΔＷは誤差の範囲内と判定され、スケジュール設定された電気機器２０の稼動有無判定を行わずにステップＳ２６に進む。

一方、ΔＷ ≧ Ｗｍである場合、機器制御部４８は、スケジュール設定データベース５０から、スケジュール設定対象の電気機器２０のデータを呼び出す。機器制御部４８は、稼動時間帯確認のセルが稼動時間帯内である、つまり、積算消費電力実績値の算出時点が起動設定時刻から停止設定時刻までの間に含まれるものであり、かつ、稼動状態ステータスが停止である電気機器２０を抽出する。さらに、抽出された電気機器２０のうち、優先度の高いものの稼動状態ステータスを停止から稼動に切り替える（Ｓ１６）。

次に機器制御部４８は、稼動状態ステータスが停止から稼動に切り替わった電気機器２０のモデル消費電力の総和ΣＷｒ＿ｉを求め（Ｓ１８）、これが余力ΔＷを超過するか否かを判定する（Ｓ２０）。

ΣＷｒ＿ｉ ≦ ΔＷである場合、機器制御部４８は、稼動許可の対象を追加するためステップＳ１６に戻る。一方、ΣＷｒ＿ｉ＞ ΔＷである場合、機器制御部４８は、直近（最後）に稼動状態ステータスを停止から稼動に切り替えた電気機器２０に対して、稼動から停止に切り替え直す（Ｓ２２）。

次に機器制御部４８は、稼動状態ステータスが稼動の機器に対して稼動許可指令を出力する（Ｓ２４）。稼動許可指令の出力後、電力管理システム１０は所定時間待機し（Ｓ２６）、その後再びステップＳ１０まで戻る。

稼動許可指令はサブコントローラ１４を介してデジタルコントローラ１６及びリモートステーション１８に送信される。デジタルコントローラ１６及びリモートステーション１８では稼動許可指令を解釈し、それが既に稼働中である電気機器２０を選択している場合は当該稼動許可指令を無視する。一方、停止中である電気機器２０が選択されている場合は、デジタルコントローラ１６及びリモートステーション１８は、当該電気機器２０に対して稼動指令を出力する。

＜その他の実施形態＞
図６のフローチャートでは、稼動許可指令を与える電気機器２０の選択に当たり、優先度を用いていたが、この形態に限らない。図７には第２の実施形態に係るスケジュール設定機器稼動判定フローが例示されている。なお、図７のステップのうち、図６と同一の符号を付したものはその機能が同一のため、適宜説明を省略する。

ステップＳ２８に示すように、機器制御部４８は、スケジュール設定データベース５０から、稼動時間帯確認のセルが稼動時間帯内であり、かつ、稼動状態ステータスが停止である電気機器２０を抽出する。さらに、抽出された電気機器２０のうち、モデル消費電力の最も小さい電気機器２０の稼動状態ステータスを停止から稼動に切り替える。

このように、モデル消費電力の小さい順に稼動許可を与えることで、スケジュール設定された多数の電気機器２０を停止状態から稼動状態に切り替えることができる。

１０電力管理システム、１２中央装置、１４サブコントローラ、１６デジタルコントローラ、１８リモートステーション、２０電気機器、２２センサ、２４操作盤、３８データ受信部、４０電力集計部、４２余力算出部、４４契約電力記憶部、４６積算消費電力目標値算出部、４８機器制御部、５０スケジュール設定データベース、５２データ送信部。

Claims

デマンド時限初期からの、配下の電気機器の消費電力を集計した積算消費電力実績値を求める集計部と、
前記積算消費電力実績値を求めた時点における積算消費電力目標値から、前記積算消費電力実績値を減算した余力を求める余力算出部と、
起動設定時刻、停止設定時刻、及びモデル消費電力が前記電気機器ごとに記憶されたスケジュール設定データベースと、
前記積算消費電力実績値を求めた時点が前記起動設定時刻から前記停止設定時刻までの間に含まれる前記電気機器の中から、前記モデル消費電力の総和が前記余力以下となるように前記電気機器を選択して稼働許可指令を出力する、機器制御部と、
を備えることを特徴とする、電力管理システム。
請求項１に記載の電力管理システムであって、
前記スケジュール設定データベースには、前記電気機器の優先度が記憶され、
前記機器制御部は、前記積算消費電力実績値を求めた時点が前記起動設定時刻から前記停止設定時刻までの間に含まれる前記電気機器の中から、前記モデル消費電力の総和が前記余力以下となるように、前記優先度の高い順に前記電気機器を選択して前記稼働許可指令を出力することを特徴とする、電力管理システム。
請求項１に記載の電力管理システムであって、
前記機器制御部は、前記積算消費電力実績値を求めた時点が前記起動設定時刻から前記停止設定時刻までの間に含まれる前記電気機器の中から、前記モデル消費電力の総和が前記余力以下となるように、前記モデル消費電力の小さい順に前記電気機器を選択して前記稼働許可指令を出力することを特徴とする、電力管理システム。