JP6585972B2 - 電力総和抑制制御装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置および制御方法に係り、特に瞬時の電力の総和が指定された値を超えないように操作量出力上限値を操作する電力総和抑制制御を行ないながら昇温する場合において昇温時間を推定する電力総和抑制制御装置および方法に関するものである。

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。例えば電力を使用する設備装置では、電力デマンド管理システムからの指示により、特定の電力使用量以内に制限する運用が行なわれている。

特に複数のアクチュエータ（電気ヒータ）を備える加熱装置では、立ち上げ時（複数の電気ヒータが設置されている領域の一斉昇温時）に同時供給される総電力を抑制するために、電力総和抑制制御（特許文献１、特許文献２参照）などが提案されている。図８は特許文献１、特許文献２に開示された加熱装置の構成を示すブロック図である。加熱装置は、被加熱物を加熱するための加熱処理炉１００と、加熱処理炉１００の内部に設置された複数のアクチュエータである電気ヒータＨ１〜Ｈ４と、それぞれヒータＨ１〜Ｈ４によって加熱される加熱処理炉１００内の制御ゾーンＺ１〜Ｚ４の温度ＰＶ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を算出する電力総和抑制制御装置１０１と、電力総和抑制制御装置１０１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１０２−１〜１０２−４とから構成される。この図８に示した加熱装置においては、制御ゾーンＺ１〜Ｚ４の温度ＰＶを制御するＰＩＤ制御ループが、４個形成されていることになる。

電力総和抑制制御装置１０１は、電力を管理する電力デマンド管理システムのコンピュータである上位ＰＣ１０３から、ヒータＨ１〜Ｈ４の電力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を超えないように各制御ループの操作量出力上限値ＯＨ１〜ＯＨ４を算出する。そして、電力総和抑制制御装置１０１は、ＰＩＤ制御演算により各制御ループの操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を算出し、操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を操作量出力上限値ＯＨ１〜ＯＨ４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ＭＶ１〜ＭＶ４を対応する制御ループの電力調整器１０２−１〜１０２−４に出力する。こうして、操作量出力上限値ＯＨ１〜ＯＨ４を操作することで、設定値ＳＰ変更による昇温時の総電力を指定された値以下に抑制できる。

特開２０１２−０４８３７０号公報 特開２０１２−０４８５３３号公報

特許文献２に開示された技術では、電力総和抑制制御のために昇温開始から昇温完了までの所要時間（以下、昇温時間）を推定している。具体的には、各制御ループにおける最大出力時（操作量ＭＶ１〜ＭＶ４が最大値の時）の昇温時間ＴＬをまず推定し、各制御ループの温度ＰＶ１〜ＰＶ４を昇温時間ＴＬの間に変更量ΔＰＶだけ昇温させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵ１〜ＭＵ４を算出して、必要出力ＭＵ１〜ＭＵ４から各ヒータＨ１〜Ｈ４の使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する。そして、使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷ以内になるかどうかを判定し、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ＴＬを延長して、使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷ以内になるようにする。使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷ以内になったときの必要出力ＭＵ１〜ＭＵ４を操作量出力上限値ＯＨ１〜ＯＨ４として設定する。

以上のような特許文献２に開示された技術では、１回の制御周期内で、必要出力ＭＵ１〜ＭＵ４の算出→使用電力総量ＴＷの算出→昇温時間ＴＬの延長という一連の処理を、使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷ以内になるまで繰り返すことになる。
しかし、制御周期が短く、かつ演算機能のハードウェアが低価格なものに抑えられる温調計では、１回の制御周期内での演算量が実質的に未定になる“繰り返し処理”は敬遠される。

そこで、このような温調計への実装上の都合などを考慮すると、１回の制御周期内に“繰り返し処理”が含まれない特許文献１の技術を用いて電力総和抑制制御を行なうことが望ましい。ただし、特許文献１に開示された技術では、昇温時間を予め推定する（予測する）手段がないという問題点があった。

電力総和抑制制御を行ないつつの昇温が、昇温時間をどのくらい犠牲にするかは、重要なトレードオフの問題になるので、特許文献１に開示された技術において、昇温時間を推定できるような改善が求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電力総和抑制制御を行ないながら昇温する場合において、繰り返し処理を実施せずに昇温時間を推定することができる電力総和抑制制御装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の電力総和抑制制御装置は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の規定された昇温に必要な総投入電力量ＥＴを予め記憶する基本情報記憶手段と、全ての制御ループＬｉのヒータの総電力を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力手段と、前記総投入電力量ＥＴを前記割当総電力ＰＷで割った値に基づいて昇温時間の推定値を算出する昇温時間算出手段と、各制御ループＬｉの瞬時の電力の総和が前記割当総電力ＰＷ以下になるように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出し、この操作量出力上限値ＯＨｉに基づいて各制御ループＬｉのヒータに対する操作量ＭＶｉの上限処理を行う電力総和抑制制御手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例において、前記基本情報記憶手段は、さらに、前記規定された昇温時に各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉが設定値ＳＰｉに到達してから整定するまでの整定移行時間ＴＳを予め記憶し、前記昇温時間算出手段は、前記総投入電力量ＥＴを前記割当総電力ＰＷで割った値に前記整定移行時間ＴＳを加算して昇温時間の推定値を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例において、前記基本情報記憶手段は、さらに、前記規定された昇温時に全ての制御ループＬｉを最大電力で昇温させた場合の最短昇温時間ＴＭを予め記憶し、前記昇温時間算出手段は、前記総投入電力量ＥＴを前記割当総電力ＰＷで割った値に基づく昇温時間の推定値が前記最短昇温時間ＴＭ以上の値になるように下限値処理して、昇温時間の推定値を確定することを特徴とするものである。

また、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例において、前記電力総和抑制制御手段は、各制御ループＬｉの消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得手段と、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得手段と、前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループＬｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作手段と、制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのヒータに出力する制御手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例において、前記操作量出力上限値操作手段は、前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出手段と、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出手段と、各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出手段と、削減すべき電力である電力削減総量ＳＷを前記最大総電力ＢＸと前記割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出手段と、各制御ループＬｉで削減すべき電力である電力削減割当量ＣＴｓｉを前記電力余裕ＣＴｒｉと前記電力余裕総量ＲＷと前記電力削減総量ＳＷとから算出する電力削減割当量算出手段と、前記電力削減割当量ＣＴｓｉと前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する出力上限値算出手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の電力総和抑制制御方法は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）のヒータの総電力を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力ステップと、制御ループＬｉの規定された昇温に必要な総投入電力量ＥＴを予め記憶する基本情報記憶手段を参照し、前記総投入電力量ＥＴを前記割当総電力ＰＷで割った値に基づいて昇温時間の推定値を算出する昇温時間算出ステップと、各制御ループＬｉの瞬時の電力の総和が前記割当総電力ＰＷ以下になるように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出し、この操作量出力上限値ＯＨｉに基づいて各制御ループＬｉのヒータに対する操作量ＭＶｉの上限処理を行う電力総和抑制制御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、基本情報記憶手段と割当総電力入力手段と昇温時間算出手段と電力総和抑制制御手段とを設けることにより、電力総和抑制制御を行ないながら昇温する場合において、繰り返し処理を実施せずに昇温時間を推定することができる。したがって、制御周期が短く、かつ演算機能のハードウェアが低価格なものに抑えられる温調計に本発明を適用して、昇温時間を推定することが可能になる。

電力総和抑制制御を実施せずに昇温させた場合の加熱装置の動作例を示す図である。 電力総和抑制制御を実施せずに昇温させた場合の加熱装置の動作例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電力総和抑制制御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ＰＩＤ制御系のブロック線図である。 本発明の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の昇温時間推定機能部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係る電力総和抑制制御装置の電力抑制部および制御部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係る電力総和抑制制御装置の動作例を示す図である。 複数の電気ヒータを備える加熱装置の構成を示すブロック図である。

［発明の原理］
発明者は、複数のＰＩＤ制御ループについて、例えば電気ヒータで昇温を完了させる場合、最終的に使用する電力量（総投入電力量）は概ね一定であることに着眼した。すなわち、温度がオーバーシュートするような“無駄な昇温”が発生しなければ、昇温の対象の熱容量と一定の放熱特性で、総投入電力量がほぼ決まると言える。

また、特許文献１に開示された技術は瞬時の電力を一定の割当総電力以下に抑制する技術であるので、昇温時という電力要求の大きい時間帯における平均的な瞬時電力は、予め規定された割当総電力に概ね一致することに着眼した。

そして、上記の前提で、典型的な昇温完了パターンでの総投入電力量を予め検出しておき、フィードバック制御としての適切な動作（温度に大きなオーバーシュートが発生しない動作、温度の上下動が少ない動作）であることも加味すれば、（総投入電力量÷割当総電力）の計算をベースに、昇温時間を推定できることに想到した。

［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。本実施の形態では、特許文献１に開示された電力総和抑制制御を利用する。また、制御対象としては、４個のＰＩＤ制御ループがあり、電気ヒータがアクチュエータとして使用されている構成（図８）とする。

まず、本実施の形態の前提条件について説明する。本実施の形態では、予め調査することにより把握される総投入電力量などを、下記のとおりとする。図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２（Ａ）、図２（Ｂ）は電力総和抑制制御を実施せずに最大電力で昇温させた場合の図８の加熱装置の動作例を示す図であり、図１（Ａ）はＰＩＤ制御ループＬ１，Ｌ４の設定値ＳＰ１，ＳＰ４を１００℃から４００℃に変化させた昇温時に観測された制御量（温度）ＰＶ１，ＰＶ４の変化を示す図、図１（Ｂ）はこの昇温時に観測された操作量ＭＶ１，ＭＶ４の変化を示す図である。図２（Ａ）はＰＩＤ制御ループＬ２，Ｌ３の設定値ＳＰ２，ＳＰ３を１００℃から４００℃に変化させた昇温時に観測された制御量（温度）ＰＶ２，ＰＶ３の変化を示す図、図２（Ｂ）はこの昇温時に観測された操作量ＭＶ２，ＭＶ３の変化を示す図である。

（I）ＰＩＤ制御ループＬ１のヒータＨ１の最大電力は２００Ｗであり、ＰＩＤ制御ループＬ１の１００℃から４００℃への昇温における最大電力（操作量出力上限値ＯＨ１＝１００％）での昇温完了までの所要時間は調査の結果１９００秒であったとする。制御量（温度）ＰＶ１が設定値ＳＰ１＝４００℃に到達してから整定（昇温完了）するまでの整定移行時間は１００秒である（図１（Ａ）、図１（Ｂ））。ＰＩＤ制御ループＬ１の１００℃から４００℃への昇温に必要な投入電力量は２００Ｗ×０．５０時間（１８００秒）＝１００Ｗｈとなる。

（II）ＰＩＤ制御ループＬ２のヒータＨ２の最大電力は４００Ｗであり、ＰＩＤ制御ループＬ２の１００℃から４００℃への昇温における最大電力（操作量出力上限値ＯＨ２＝１００％）での昇温完了までの所要時間は調査の結果２８００秒であったとする。ＰＩＤ制御ループＬ２の整定移行時間は１００秒である（図２（Ａ）、図２（Ｂ））。ＰＩＤ制御ループＬ２の１００℃から４００℃への昇温に必要な投入電力量は４００Ｗ×０．７５時間（２７００秒）＝３００Ｗｈとなる。

（III）ＰＩＤ制御ループＬ３のヒータＨ３の最大電力は４００Ｗであり、ＰＩＤ制御ループＬ３の１００℃から４００℃への昇温における最大電力（操作量出力上限値ＯＨ３＝１００％）での昇温完了までの所要時間は調査の結果２８００秒であったとする。ＰＩＤ制御ループＬ３の整定移行時間は１００秒である（図２（Ａ）、図２（Ｂ））。ＰＩＤ制御ループＬ３の１００℃から４００℃への昇温に必要な投入電力量は４００Ｗ×０．７５時間（２７００秒）＝３００Ｗｈとなる。

（IV）ＰＩＤ制御ループＬ４のヒータＨ４の最大電力は２００Ｗであり、ＰＩＤ制御ループＬ４の１００℃から４００℃への昇温における最大電力（操作量出力上限値ＯＨ４＝１００％）での昇温完了までの所要時間は調査の結果１９００秒であったとする。ＰＩＤ制御ループＬ４の整定移行時間は１００秒である（図１（Ａ）、図１（Ｂ））。ＰＩＤ制御ループＬ４の１００℃から４００℃への昇温に必要な投入電力量は２００Ｗ×０．５０時間（１８００秒）＝１００Ｗｈとなる。

以上の調査の結果、ＰＩＤ制御ループＬ１〜Ｌ４の１００℃から４００℃への昇温に必要な総投入電力量ＥＴは１００Ｗｈ＋３００Ｗｈ＋３００Ｗｈ＋１００Ｗｈ＝８００Ｗｈ（０．８ｋＷｈ）として把握される。ＰＩＤ制御ループＬ１〜Ｌ４の整定移行時間ＴＳとしては、各ＰＩＤ制御ループＬ１〜Ｌ４の整定移行時間の目安となる代表値（平均値，最大値など）を採用すればよく、１００秒として把握される。

また、ＰＩＤ制御ループＬ１〜Ｌ４の昇温時間を、最大電力での昇温時間よりも短く設定することはできないので、ＰＩＤ制御ループＬ１〜Ｌ４の最短昇温時間ＴＭは２８００秒として把握される。なお、総投入電力量ＥＴと比較して、整定移行時間中に消費される電力量は誤差範囲の数値なので、最大電力の時間帯のみで総投入電力量ＥＴを算出している。

図３は本実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の構成を示すブロック図である。電力総和抑制制御装置は、電力総和抑制制御を行いながらＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数で、本実施の形態ではｎ＝４）の規定された昇温をする場合の昇温時間を推定する昇温時間推定機能部１と、各ＰＩＤ制御ループＬｉの瞬時電力の総和が指定された割当総電力ＰＷを超えないように各ＰＩＤ制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する電力抑制部２と、ＰＩＤ制御ループＬｉ毎に設けられた制御部３−ｉとから構成される。

なお、本実施の形態における「規定された昇温」とは、変更前の設定値ＳＰｉと変更後の設定値ＳＰｉとが予め定められている昇温のことを言う。上記の例では、変更前の設定値ＳＰｉが１００℃、変更後の設定値ＳＰｉが４００℃である。

昇温時間推定機能部１は、ＰＩＤ制御ループＬｉの規定された昇温について、予め把握される総投入電力量ＥＴ、整定移行時間ＴＳおよび最短昇温時間ＴＭを記憶する基本情報記憶部１０と、全ての制御ループＬｉのヒータの総電力を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力部１１と、総投入電力量ＥＴを割当総電力ＰＷで割った値に基づいて昇温時間の推定値を算出する昇温時間算出部１２と、昇温時間算出部１２の算出結果を出力する昇温時間情報出力部１３とから構成される。

電力抑制部２は、割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力部２０と、各制御ループＬｉの消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得部２１と、各ＰＩＤ制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得部２２と、最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと消費電力値ＣＴｉとから各ＰＩＤ制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出部２３と、各ＰＩＤ制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出部２４と、各ＰＩＤ制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出部２５と、削減すべき電力である電力削減総量ＳＷを最大総電力ＢＸと割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出部２６と、各ＰＩＤ制御ループＬｉで削減すべき電力である電力削減割当量ＣＴｓｉを算出する電力削減割当量算出部２７と、電力削減割当量ＣＴｓｉと最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各ＰＩＤ制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する出力上限値算出部２８とから構成される。電力余裕算出部２３と最大総電力算出部２４と電力余裕総量算出部２５と電力削減総量算出部２６と電力削減割当量算出部２７と出力上限値算出部２８とは、操作量出力上限値操作手段を構成している。

制御部３−ｉは、設定値ＳＰｉを外部から入力する設定値ＳＰｉ入力部３０−ｉと、制御量ＰＶｉを計測器から入力する制御量ＰＶｉ入力部３１−ｉと、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉに基づき操作量ＭＶｉを算出するＰＩＤ制御演算部３２−ｉと、操作量ＭＶｉを操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する出力上限処理部３３−ｉと、操作量ＭＶｉを外部に出力する操作量ＭＶｉ出力部３４−ｉとから構成される。

図４は本実施の形態のＰＩＤ制御系のブロック線図である。各ＰＩＤ制御ループＬｉは、それぞれ制御部３−ｉと、制御対象Ｐｉとから構成される。制御部３−ｉは、ＰＩＤ制御演算部３２−ｉが算出した操作量ＭＶｉを制御対象Ｐｉに出力する。図８の例では、制御対象ＰｉはヒータＨｉが加熱する加熱処理炉１００であるが、操作量ＭＶｉの実際の出力先は電力調整器１０２−ｉであり、操作量ＭＶｉに応じた電力が電力調整器１０２−ｉからヒータＨｉに供給される。

以下、本実施の形態の電力総和抑制制御装置の動作を説明する。図５は昇温時間推定機能部１の動作を説明するフローチャート、図６は電力抑制部２と制御部３−ｉの動作を説明するフローチャートである。また、図７（Ａ）、図７（Ｂ）は電力総和抑制制御装置の動作例を示す図であり、図７（Ａ）は設定値ＳＰ１〜ＳＰ４、制御量ＰＶ１〜ＰＶ４の変化を示す図、図７（Ｂ）は操作量ＭＶ１〜ＭＶ４の変化を示す図である。

まず、昇温時間推定機能部１の動作について説明する。昇温時間推定機能部１は、例えば加熱装置のオペレータの指示に応じて起動するか、あるいは設定値ＳＰ１〜ＳＰ４の変更による昇温開始に応じて起動する。

起動した昇温時間推定機能部１の割当総電力入力部１１は、電力を管理する電力デマンド管理システムのコンピュータ（図８の例では上位ＰＣ１０３）から、ヒータＨｉの電力を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する（図５ステップＳ１００）。ここでは、割当総電力ＰＷ＝８００Ｗ（ヒータＨ１〜Ｈ４の総電力１２００Ｗの６７％）とする。

昇温時間推定機能部１の昇温時間算出部１２は、規定された昇温（１００℃→４００℃）について、基本情報記憶部１０に予め記憶されている総投入電力量ＥＴ＝８００Ｗｈ、整定移行時間ＴＳ＝１００秒、最短昇温時間ＴＭ＝２８００秒を取得する（図５ステップＳ１０１）。

総投入電力量ＥＴは必須であるが、整定移行時間ＴＳおよび最短昇温時間ＴＭは推定の信頼度を確保するために利用するのが好ましい。整定移行時間ＴＳが無視できるくらい小さい場合には、基本情報記憶部１０に記憶させておく整定移行時間ＴＳを０にしてもよいし、整定移行時間ＴＳの設定を止めてもよい。

続いて、昇温時間算出部１２は、次式により、昇温時間の推定暫定値ＴＲｏを算出する（図５ステップＳ１０２）。
ＴＲｏ＝ＥＴ／ＰＷ＝８００Ｗｈ／８００Ｗ＝１時間＝３６００秒 ・・・（１）

さらに、昇温時間算出部１２は、次式により、昇温時間の推定暫定値ＴＲｒを更新する（図５ステップＳ１０３）。
ＴＲｒ＝Ｔｒｏ＋ＴＳ＝３６００秒＋１００秒＝３７００秒 ・・・（２）
基本情報記憶部１０に整定移行時間ＴＳが記憶されていない場合、式（２）の実行は不要である。

最後に、昇温時間算出部１２は、最短昇温時間ＴＭにより昇温時間の推定暫定値ＴＲｒを下限値処理し、昇温時間の推定値ＴＲを確定する（図５ステップＳ１０４）。
ＩＦ ＴＲｒ＜ＴＭ ＴＨＥＮ ＴＲ＝ＴＭ ＥＬＳＥ ＴＲ＝ＴＲｒ ・・（３）

すなわち、昇温時間算出部１２は、昇温時間の推定暫定値ＴＲｒが最短昇温時間ＴＭより短い場合は、最短昇温時間ＴＭを昇温時間の推定値ＴＲとし、推定暫定値ＴＲｒが最短昇温時間ＴＭ以上の場合は、推定暫定値ＴＲｒを昇温時間の推定値ＴＲとする。ステップＳ１０４の処理により、本実施の形態では、ＴＲ＝３７００秒に確定する。なお、式（２）を実行しない場合には、推定暫定値ＴＲｒの代わりにＴＲｏを、式（３）のように下限値処理することは言うまでもない。

昇温時間情報出力部１３は、昇温時間算出部１２の算出結果を出力する（図５ステップＳ１０５）。このときの出力方法としては、例えば昇温時間の推定値ＴＲの表示などがあり、また推定値ＴＲの情報を外部に出力するようにしてもよい。

本実施の形態では、予め１種類の昇温パターン（１００℃→４００℃）について総投入電力量ＥＴと整定移行時間ＴＳと最短昇温時間ＴＭとを基本情報記憶部１０に記憶させているが、これに限るものではなく、複数種類の昇温パターンについて総投入電力量ＥＴと整定移行時間ＴＳと最短昇温時間ＴＭとを昇温パターン毎に基本情報記憶部１０に記憶させておくようにしてもよい。

この場合、昇温時間算出部１２は、オペレータが指定した昇温パターンに対応する総投入電力量ＥＴと整定移行時間ＴＳと最短昇温時間ＴＭとを基本情報記憶部１０から取得してもよいし、変更前の設定値ＳＰｉ（例えば１００℃）と変更後の設定値ＳＰｉ（例えば４００℃）とで特定される昇温パターンに対応する総投入電力量ＥＴと整定移行時間ＴＳと最短昇温時間ＴＭとを基本情報記憶部１０から取得してもよい。

次に、電力抑制部２と制御部３−ｉの動作について説明する。まず、割当総電力入力部２０は、電力デマンド管理システムのコンピュータから割当総電力ＰＷの情報を受信する（図６ステップＳ２００）。上記のとおり、割当総電力ＰＷは８００Ｗである。

電力値取得部２１は、各ＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）の現在の消費電力値ＣＴｉ（具体的にはヒータＨｉの消費電力値）を取得する（図６ステップＳ２０１）。電力値取得部２１は、消費電力値ＣＴｉを測定してもよいし、推定してもよい。消費電力値ＣＴｉを推定するには、ヒータＨｉに流れる電流値と制御量ＰＶｉとを入力変数として、予め設定された電力推定関数式により消費電力値ＣＴｉを求めるようにすればよい。また、操作量ＭＶｉと制御量ＰＶｉとを入力変数としてよいし、ヒータＨｉに流れる電流値と制御量ＰＶｉと操作量ＭＶｉとを入力変数としてもよい。消費電力値ＣＴｉの具体的な推定方法は、特開２００９−２２９３８２号公報などに開示されているので、詳細な説明は省略する。

次に、最大出力時電力値取得部２２は、各ＰＩＤ制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する（図６ステップＳ２０２）。ここで、最大出力時とは、操作量ＭＶｉが最大値１００％のときのことを言う。最大出力時電力値取得部２２は、予め記憶している最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取り出してもよいし、推定してもよい。最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを推定するには、消費電力値ＣＴｉと制御部３−ｉから出力される操作量ＭＶｉに基づき、次式により近似的に推定すればよい。
ＣＴｍｉ＝ＣＴｉ（１００．０／ＭＶｉ） ・・・（４）

電力余裕算出部２３は、各ＰＩＤ制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを次式によりＰＩＤ制御ループＬｉ毎に算出する（図６ステップＳ２０３）。
ＣＴｒｉ＝ＣＴｍｉ−ＣＴｉ ・・・（５）
最大総電力算出部２４は、各ＰＩＤ制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを次式により算出する（図６ステップＳ２０４）。
ＢＸ＝ΣＣＴｍｉ＝ＣＴｍ１＋ＣＴｍ２＋・・・＋ＣＴｍｎ ・・・（６）

電力余裕総量算出部２５は、各ＰＩＤ制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを次式により算出する（図６ステップＳ２０５）。
ＲＷ＝ΣＣＴｒｉ＝ＣＴｒ１＋ＣＴｒ２＋・・・＋ＣＴｒｎ ・・・（７）
電力削減総量算出部２６は、削減すべき電力である電力削減総量ＳＷを、最大総電力ＢＸと割当総電力ＰＷとから次式により算出する（図６ステップＳ２０６）。
ＳＷ＝ＢＸ−ＰＷ ・・・（８）

電力削減割当量算出部２７は、各ＰＩＤ制御ループＬｉで削減すべき電力である電力削減割当量ＣＴｓｉを次式によりＰＩＤ制御ループＬｉ毎に算出する（図６ステップＳ２０７）。
ＣＴｓｉ＝ＳＷ（ＣＴｒｉ／ＲＷ） ・・・（９）

出力上限値算出部２８は、電力削減割当量ＣＴｓｉと最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各ＰＩＤ制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを次式によりＰＩＤ制御ループＬｉ毎に算出する（図６ステップＳ２０８）。
ＯＨｉ＝｛１．０−（ＣＴｓｉ／ＣＴｍｉ）｝１００．０［％］ ・・・（１０）
なお、ＢＸ＜ＰＷになる場合、すなわちＳＷ＜０になる場合は、ＯＨｉが１００％を超えるが、その場合はＯＨｉを１００％で上限カットすればよい。

次に、制御部３−ｉは、ＰＩＤ制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを以下のとおりに算出する。設定値ＳＰｉは、設定値ＳＰｉ入力部３０−ｉを介してＰＩＤ制御演算部３２−ｉに入力される（図６ステップＳ２０９）。
制御量ＰＶｉ（温度）は、計測器（図８の例では温度センサＳｉ）によって測定され、制御量ＰＶｉ入力部３１−ｉを介してＰＩＤ制御演算部３２−ｉに入力される（図６ステップＳ２１０）。

ＰＩＤ制御演算部３２−ｉは、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉに基づいて、以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶｉを算出する（図６ステップＳ２１１）。
ＭＶｉ＝（１００／ＰＢｉ）｛１＋（１／ＴＩｉｓ）＋ＴＤｉｓ｝（ＳＰｉ−ＰＶｉ）
・・・（１１）
ＰＢｉは比例帯、ＴＩｉは積分時間、ＴＤｉは微分時間、ｓはラプラス演算子である。

出力上限処理部３３−ｉは、ＰＩＤ制御演算部３２−ｉが算出した操作量ＭＶｉに対して、以下の式のような上限処理を行う（図６ステップＳ２１２）。
ＩＦ ＭＶｉ＞ＯＨｉ ＴＨＥＮ ＭＶｉ＝ＯＨｉ ・・・（１２）
すなわち、出力上限処理部３３−ｉは、操作量ＭＶｉが操作量出力上限値ＯＨｉより大きい場合、操作量ＭＶｉ＝ＯＨｉとする上限処理を行う。

操作量ＭＶｉ出力部３４−ｉは、出力上限処理部３３−ｉによって上限処理された操作量ＭＶｉを制御対象（実際の出力先は例えば電力調整器１０２−ｉ）に出力する（図６ステップＳ２１３）。制御部３−ｉはＰＩＤ制御ループＬｉ毎に設けられているので、ステップＳ２０９〜Ｓ２１３の処理はＰＩＤ制御ループＬｉ毎に実施されることになる。

電力総和抑制制御装置は、以上のようなステップＳ２０１〜Ｓ２１３の処理を例えばユーザの指示によって制御が終了するまで（図６ステップＳ２１４においてＹＥＳ）、一定時間毎に行う。

ステップＳ２０１〜Ｓ２１３の処理を繰り返し継続することにより、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すようにＰＩＤ制御ループＬ１〜Ｌ４の操作量ＭＶ１〜ＭＶ４が上昇し、制御量ＰＶ１〜ＰＶ４が上昇する。昇温時間が短い方のＰＩＤ制御ループＬ１，Ｌ４の制御量ＰＶ１，ＰＶ４が設定値ＳＰ１，ＳＰ４に接近して昇温の完了が近づくに伴い、図７（Ｂ）に示すように操作量ＭＶ１，ＭＶ４が下降し、操作量出力上限値ＯＨ１，ＯＨ４（不図示）も下降する。

一方、操作量出力上限値ＯＨ１，ＯＨ４の下降とは反対に、昇温時間が長い方のＰＩＤ制御ループＬ２，Ｌ３の操作量出力上限値ＯＨ２，ＯＨ３（不図示）は上昇し、図７（Ｂ）に示すように操作量ＭＶ２，ＭＶ３がさらに上昇して、制御量ＰＶ２，ＰＶ３の昇温が進展する。ＰＩＤ制御ループＬ１〜Ｌ４が昇温完了するまでの昇温時間は、昇温時間推定機能部１での推定どおり３７００秒である。

以上のように、本実施の形態では、特許文献１に開示された技術のみによって電力総和抑制制御を行ないながら昇温する場合において、特許文献２に開示された技術のような繰り返し処理を実施せずに昇温時間を推定することができる。したがって、制御周期が短く、かつ演算機能のハードウェアが低価格なものに抑えられる温調計に本実施の形態を適用して、昇温時間を推定することが可能になる。

本実施の形態で説明した電力総和抑制制御装置は、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、複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置および制御方法に適用することができる。

１…昇温時間推定機能部、２…電力抑制部、３−ｉ…制御部、１０…基本情報記憶部、１１…割当総電力入力部、１２…昇温時間算出部、１３…昇温時間情報出力部、２０…割当総電力入力部、２１…電力値取得部、２２…最大出力時電力値取得部、２３…電力余裕算出部、２４…最大総電力算出部、２５…電力余裕総量算出部、２６…電力削減総量算出部、２７…電力削減割当量算出部、２８…出力上限値算出部、３０−ｉ…設定値ＳＰｉ入力部、３１−ｉ…制御量ＰＶｉ入力部、３２−ｉ…ＰＩＤ制御演算部、３３−ｉ…出力上限処理部、３４−ｉ…操作量ＭＶｉ出力部。

Claims (8)

1. ｎ個（ｎは２以上の整数）の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の規定された昇温に必要な総投入電力量ＥＴを予め記憶する基本情報記憶手段と、
   全ての制御ループＬｉのヒータの総電力を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力手段と、
   前記総投入電力量ＥＴを前記割当総電力ＰＷで割った値に基づいて昇温時間の推定値を算出する昇温時間算出手段と、
   各制御ループＬｉの瞬時の電力の総和が前記割当総電力ＰＷ以下になるように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出し、この操作量出力上限値ＯＨｉに基づいて各制御ループＬｉのヒータに対する操作量ＭＶｉの上限処理を行う電力総和抑制制御手段とを備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。
2. 請求項１記載の電力総和抑制制御装置において、
   前記基本情報記憶手段は、さらに、前記規定された昇温時に各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉが設定値ＳＰｉに到達してから整定するまでの整定移行時間ＴＳを予め記憶し、
   前記昇温時間算出手段は、前記総投入電力量ＥＴを前記割当総電力ＰＷで割った値に前記整定移行時間ＴＳを加算して昇温時間の推定値を算出することを特徴とする電力総和抑制制御装置。
3. 請求項１または２記載の電力総和抑制制御装置において、
   前記基本情報記憶手段は、さらに、前記規定された昇温時に全ての制御ループＬｉを最大電力で昇温させた場合の最短昇温時間ＴＭを予め記憶し、
   前記昇温時間算出手段は、前記総投入電力量ＥＴを前記割当総電力ＰＷで割った値に基づく昇温時間の推定値が前記最短昇温時間ＴＭ以上の値になるように下限値処理して、昇温時間の推定値を確定することを特徴とする電力総和抑制制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力総和抑制制御装置において、
   前記電力総和抑制制御手段は、
   各制御ループＬｉの消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得手段と、
   各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得手段と、
   前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループＬｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作手段と、
   制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのヒータに出力する制御手段とを備え、
   前記操作量出力上限値操作手段は、
   前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出手段と、
   各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出手段と、
   各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出手段と、
   削減すべき電力である電力削減総量ＳＷを前記最大総電力ＢＸと前記割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出手段と、
   各制御ループＬｉで削減すべき電力である電力削減割当量ＣＴｓｉを前記電力余裕ＣＴｒｉと前記電力余裕総量ＲＷと前記電力削減総量ＳＷとから算出する電力削減割当量算出手段と、
   前記電力削減割当量ＣＴｓｉと前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する出力上限値算出手段とを備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。
5. ｎ個（ｎは２以上の整数）の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）のヒータの総電力を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力ステップと、
   制御ループＬｉの規定された昇温に必要な総投入電力量ＥＴを予め記憶する基本情報記憶手段を参照し、前記総投入電力量ＥＴを前記割当総電力ＰＷで割った値に基づいて昇温時間の推定値を算出する昇温時間算出ステップと、
   各制御ループＬｉの瞬時の電力の総和が前記割当総電力ＰＷ以下になるように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出し、この操作量出力上限値ＯＨｉに基づいて各制御ループＬｉのヒータに対する操作量ＭＶｉの上限処理を行う電力総和抑制制御ステップとを含むことを特徴とする電力総和抑制制御方法。
6. 請求項５記載の電力総和抑制制御方法において、
   前記基本情報記憶手段は、さらに、前記規定された昇温時に各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉが設定値ＳＰｉに到達してから整定するまでの整定移行時間ＴＳを予め記憶し、
   前記昇温時間算出ステップは、前記総投入電力量ＥＴを前記割当総電力ＰＷで割った値に前記整定移行時間ＴＳを加算して昇温時間の推定値を算出するステップを含むことを特徴とする電力総和抑制制御方法。
7. 請求項５または６記載の電力総和抑制制御方法において、
   前記基本情報記憶手段は、さらに、前記規定された昇温時に全ての制御ループＬｉを最大電力で昇温させた場合の最短昇温時間ＴＭを予め記憶し、
   前記昇温時間算出ステップは、前記総投入電力量ＥＴを前記割当総電力ＰＷで割った値に基づく昇温時間の推定値が前記最短昇温時間ＴＭ以上の値になるように下限値処理して、昇温時間の推定値を確定するステップを含むことを特徴とする電力総和抑制制御方法。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の電力総和抑制制御方法において、
   前記電力総和抑制制御ステップは、
   各制御ループＬｉの消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得ステップと、
   各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得ステップと、
   前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループＬｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作ステップと、
   設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのヒータに出力する制御ステップとを含み、
   前記操作量出力上限値操作ステップは、
   前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出ステップと、
   各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出ステップと、
   各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出ステップと、
   削減すべき電力である電力削減総量ＳＷを前記最大総電力ＢＸと前記割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出ステップと、
   各制御ループＬｉで削減すべき電力である電力削減割当量ＣＴｓｉを前記電力余裕ＣＴｒｉと前記電力余裕総量ＲＷと前記電力削減総量ＳＷとから算出する電力削減割当量算出ステップと、
   前記電力削減割当量ＣＴｓｉと前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する出力上限値算出ステップとを含むことを特徴とする電力総和抑制制御方法。