JP6589228B1 - 制御装置、空調制御システム、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の一実施形態による空調制御システムおよび圧縮機の保護制御の実行タイミング変更処理について図1〜図11を参照して説明する。
図1は、本発明の第一実施形態における空調制御システムの一例を示す図である。空調制御システム100は、ビル4に備えられた1台以上空調機31〜3mを、ユーザの快適性を保ちつつ低コストで運転するための制御システムである。さらに本実施形態の空調制御システム100は、エリア毎にそのエリアに対する空調の優先度を設定したうえで、空調機31〜3m全体での経済性やエリア毎の快適性を所望の状態に制御することを特徴とする。ここでエリアとは、空調対象の単位となる空間のことである。エリアは、ビル4内の1つの部屋、1つのフロアであってもよいし、複数のビルを跨る複数の部屋や複数のフロアを1つのエリアとして設定してもよい。また、1つのエリアには、異なる冷媒系統(ブロック)に属する複数の室内機が設置されていてもよい。
図2を用いてDRASクライアント2の構成について説明する。DRASクライアント2は、運転情報取得部21と、料金情報取得部22と、制御情報算出部23と、運転状態予測部24と、評価部25と、通信部26と、記憶部27と、保護制御実行予測部28と、制御部29とを備える。
料金情報取得部22は、DRASサーバ1が送信した電力料金のスケジュール情報を取得する。電力料金のスケジュール情報については、後に図3を用いて説明する。
また、記憶部27は、圧縮機ごとの保護制御の実行タイミングを予測する予測モデル(保護制御予測モデル)を記憶する。
この電力制限値は、図3で例示した電力料金単価の場合に、ユーザが設定した室内の設定温度をなるべく達成しつつ、最安の電力料金で空調機31等を運転するための空調機31等が消費する電力の上限値である。
図4の例の場合、単価が30円の時間帯(14:00〜14:10)では、前半が14kW、後半が7kwとなっている。続いて、単価が10円の時間帯(14:10〜14:20)では前半が3kW、後半が7kwとなっている。最後に単価が100円の時間帯(14:20〜14:30)では前半、後半ともに0kwとなっている。
DRASクライアント2では、制御情報算出部23が算出した運転制限スケジュールが示す条件下での30分後までの空調機31〜3mの運転状態を運転状態予測部24が予測し、評価部25がその30分間の運転による電力料金、エリア毎の快適性を評価する。そして、制御情報算出部23は、評価部25による評価結果に基づいて、より適切な運転制限スケジュール情報を再設定する。例えば、快適性が良好でも電力料金が高額になる場合には、制御情報算出部23は運転制限スケジュールの電力制限値を抑え、より低電力で運転を行う条件を再設定する。また、例えば、電力料金は非常に安くなるが快適性も低い場合、制御情報算出部23は運転制限スケジュールの電力制限値を上昇させ、電力料金が相対的に上昇してもユーザが設定した設定温度を実現することにより、快適性を向上させる条件を再設定する。図4に例示する電力制限運転のスケジュール情報は、このようにして最適化された所定時間毎の電力制限値である。
図6は本発明の一実施形態における電力制限運転を説明する第二の図である。
図5、図6において縦軸は消費電力(kW)、横軸は時間(分)を示している。図6の場合、縦軸はさらに電力制限値(kW)を示している。
図5に示すグラフ51は、平常運転時の制御(本実施形態の電力制限値による運転制限を設けない制御)によって空調機31を運転したときの消費電力量の時間推移を示している。
図6に示すグラフ61は、本実施形態のエリア複合RTP制御によって空調機31〜3mを運転したときの空調機31についての消費電力量の時間推移を示している。また、グラフ62は、制御情報算出部23が算出した空調機31に対する運転制限スケジュール(電力制限値の時間推移)を示している。
次に評価部25が式(1)に、運転状態予測部24が模擬した30分間の運転状態情報を代入し評価値を算出する。なお、α、βa、Cb Pi等の定数については予め設定され記憶部27に記録されている。また時間毎の電力料金単価R(m)には料金情報取得部22が取得した電力料金スケジュール情報を用いる。各エリアの目標温度Tb Si(m)については、各室内機iを通じて設定された値を用いる。
図7は、圧縮機の保護制御の実行が与える影響を説明する図である。図7において縦軸は消費電力(kW)、横軸は時間を示している。
図7に示すグラフ71は、エリア複合RTP制御によって空調機31〜3mを運転したときの空調機31についての消費電力の推移を示している。また、グラフ72は、制御情報算出部23が算出した空調機31に対する運転制限スケジュールを示している。
図6に例示する制御結果と異なり、枠73〜75で囲った時間帯では、実際の消費電力(グラフ71)が運転制限指令(グラフ72)を大きく上回っている。これらは何れも空調機31が備える圧縮機にて、油戻し制御が実行された時間帯である。油戻し制御の実行中は、冷媒回路中の各部品(室内熱交換器など)に溜った潤滑油を回収するため、圧縮機は高速で運転される。その為、油戻し制御中の消費電力量は、最大に達する場合がある。図7のグラフは、油戻し制御による消費電力量の増加を示しているが、特に電力料金単価が高額となる時間帯で油戻し制御が実行されると、高コストとなる可能性がある。油戻し制御の実行は、エリア複合RTP制御にとっては外乱となるが、圧縮機内の潤滑油が不足すると故障等が発生するため、油戻し制御を先延ばしにしたまま圧縮機を運転することはできない。そこで、制御部29は、電力料金スケジュール情報に基づいて、電力料金単価が高額な時間帯を避け、より低額な時間帯に油戻し制御を実行するように制御する。特に本実施形態では、電力料金単価が高額な時間帯と、油戻し制御の実行タイミングが重なることが予測される場合、電力料金単価が高額となる時間帯の前に圧縮機を停止させ、電力料金単価が高額な時間帯が経過した後に圧縮機の運転を再開させる。このようにして油戻し制御の実行タイミングを先延ばしにすることで、油戻し制御による電力料金の上昇を抑制することができる。
図8の上図は、保護制御の実行タイミング変更処理を適用した後のエリア複合RTP制御によって空調機31を運転したときの消費電力量の推移を示している。図8の下図は、そのときの室温の推移を示している。図8の上図において縦軸は消費電力(kW)、横軸は時間を示している。図8の下図において縦軸は室温(℃)、横軸は時間を示している。図8の上図におけるグラフ81は、空調機31の運転に要した実際の消費電力を示す。グラフ81aは、保護制御の実行タイミング変更処理を適用しない場合のエリア複合RTP制御によって空調機31を制御したときの15〜20分における消費電力の推移の推定値である。図8の下図におけるグラフ82は室温を示し、グラフ83は設定温度を示している。
図9は、本発明の第一実施形態における保護制御の実行タイミングを予測する予測モデルの一例を示す図である。
図9にLSTM(Long Short-Term Memory)ニューラルネットワークによって作成される予測モデルの一例を示す。LSTMニューラルネットワークは、リカレントニューラルネットワーク(RNN:Recurrent Neural Network)の一種である。RNNを用いると、時系列の学習データを学習することができ、学習データの経時的な変化から次に起きる事象(例えば保護制御が実行されるタイミング)を予測する予測モデルを構築することができる。図9に示すのは、2台の圧縮機1、2を対象として、2台の圧縮機に消費された瞬時電力p(t)[kW]、油戻し制御の発生確率SO(t)[%]、圧縮機1の回転数Chz1(t)[rps]、圧縮機2の回転数Chz2(t)[rps]、圧縮機1と圧縮機2の回転数の差の平均値DAhz(t)[rps]、圧縮機1と圧縮機2に電力を供給するインバータの電流制限値CS(t)[A]、外気温CTO(t)[℃]、油戻し制御後の経過時間Aoh(t)[分]を1組として、これら1組の1分ごとのデータについて、1分前から120分前までの120組(2時間分)を入力データ、未来の5分間における1分ごとの油戻し制御の発生確率SO(t)[%]を出力データとする予測モデルである。入力データの各々は、空調機31〜3mが備える各種センサが計測した計測値を、空調機31〜3mからネットワーク経由で採取することができる。保護制御実行予測部28は、通信部26、運転情報取得部21を介して、入力データを取得する。そして、例えばRNNにより、図9に例示する保護制御予測モデルを作成する。保護制御実行予測部28は、作成した保護制御予測モデルを記憶部27に記憶させる。また、保護制御実行予測部28は、空調機31〜3mの運転中に、上記の入力データを、通信部26を介して取得する。そして、保護制御実行予測部28は、1分ごとに取得した過去2時間分の入力データを、保護制御予測モデルに入力して次の5分間の1分ごとの油戻し制御の発生確率を算出する。保護制御実行予測部28は、次の5分間の油戻し制御の発生確率に基づいて、次の5分間に油戻し制御が実行されるか否かを予測する。例えば、次の5分間の1分ごとの油戻し制御の発生確率の平均値が所定の閾値以上であれば、保護制御実行予測部28は、次の5分間に油戻し制御が実行されると予測する。図8を用いて説明したように制御部29は、この予測と電力料金スケジュールに基づいて、圧縮機の保護制御の実行タイミング変更処理を行う。
また、予測の期間は、未来の5分間に限定されない。例えば、未来の30分間について、1分ごとに保護制御の発生確率を予測してもよい。
図10は、本発明の第一実施形態におけるRTP制御の一例を示すフローチャートである。
記憶部27には、式(1)〜式(4)に用いられる定数(α,βa等)が記録されている。まず、料金情報取得部22が、DRASサーバ1が生成した電力料金単価スケジュール情報を取得し(ステップS11)、記憶部27に記録する。電力料金スケジュール情報には、例えば、30分先までの10分毎の電力料金単価が含まれている。
次に運転情報取得部21が、複数の空調機31〜3mそれぞれの運転状態情報を取得する(ステップS12)。運転状態情報には、ブロック単位での単位時間毎の消費電力量、外気温度、室内機単位での室内温度、ユーザによる設定温度等の情報が含まれている。運転情報取得部21は、取得した運転状態情報を記憶部27に記録する。
図11は、本発明の第一実施形態における制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。
DRASクライアント2は、所定の制御周期で電力制限スケジュール情報を繰り返し生成する(ステップS21)。処理の詳細は、図10を用いて説明したとおりである。
この処理と並行して、保護制御実行予測部28は、圧縮機の保護制御の実行タイミングを予測する(ステップS22)。保護制御実行予測部28は、運転情報取得部21が取得した予測に必要なデータと記憶部27が記憶する保護制御予測モデルとに基づいて、未来の所定期間における保護制御の発生確率を予測する。保護制御実行予測部28は、発生確率が閾値以上なら当該期間に保護制御が実行されると判定し、発生確率が閾値未満なら保護制御が実行されないと判定する。保護制御実行予測部28は、判定結果を制御部29へ出力する。
以下、本発明の第二実施形態による保護制御の実行タイミング変更処理について図12を参照して説明する。
第一実施形態では、圧縮機の保護制御の実行は外部から制御できないこととした。第二実施形態では、保護制御の実行が外部から制御可能であるとする。すると、例えば、図8に例示した電力料金単価の推移の場合であって、図8の5分の時点より前に15〜20分での油戻し制御の実行が予測されているならば、電力料金単価が10円の時間帯に油戻し制御を実行させることができる。保護制御の実行が外部から制御可能である場合、油戻し制御を先延ばしにするだけでなく、従来の実行タイミングより先行して実行することができる。
図12は、本発明の第二実施形態における制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。
DRASクライアント2は、所定の制御周期で電力制限スケジュール情報を繰り返し生成する(ステップS21)。この処理と並行して、保護制御実行予測部28は、圧縮機の保護制御の実行タイミングを予測する(ステップS22)。次に制御部29は、保護制御実行予測部28による予測結果と電力料金スケジュール情報に基づいて、保護制御の実行タイミングを変更するかどうかを決定する(ステップS231)。例えば、制御部29は、電力料金スケジュール情報の範囲(例えば、30分間)で、予測通りに保護制御が実行されるより電力料金が安価な時間帯に保護制御を実行し終えることができるならば、保護制御の実行タイミングを変更すると決定する。例えば、電力料金が「低額」、「高額」、「低額」と推移し、保護制御の実行時間が5分間で、保護制御実行予測部28が「高額」の時間帯で保護制御が実行されると予測した場合、制御部29は、圧縮機を停止させて保護制御を先延ばしにするよりも先行して行った方が好ましいとの判断に基づいて、保護制御の実行タイミングを最初の「低額」の時間帯に変更すると決定する。また、同様の条件で電力料金が「中額」、「高額」、「低額」と推移する場合、制御部29は、同様にして保護制御の実行タイミングを最初の「中額」の時間帯に変更すると決定しても良いし、第一実施形態と同様にして、「高額」の時間帯は圧縮機を停止させ、最後の「低額」の時間帯へ保護制御の実行タイミングを変更すると決定してもよい。また、保護制御の実行タイミングを10分程度遅らせることが、設計上、許されているならば、制御部29は、圧縮機の運転を継続したまま、最後の「低額」の時間帯へ保護制御の実行タイミングを変更すると決定してもよい。なお、「高額」の時間帯が長く続くような場合には、第一実施形態と同様、電力料金に関わらず、予測どおりの時間帯に保護制御の実行を許可してもよい。
以下、本発明の第三実施形態による保護制御の実行タイミング変更処理について図13を参照して説明する。
図13は、本発明の第三実施形態における制御装置の一例を示す機能ブロック図である。本発明の第三実施形態に係る構成のうち、本発明の第一実施形態に係る構成と同じものには同じ符号を付し、それらの説明を省略する。第三実施形態に係るDRASクライアント2aは、保護制御実行予測部28に代えて、保護制御実行予定情報取得部281を備える。他の機能部は、第一実施形態、第二実施形態と同様である。
保護制御実行予定情報取得部281は、空調機31〜3mの各々から、各空調機が備える圧縮機についての保護制御の実行タイミングを通知する予定情報を取得する。
図14は、本発明の第三実施形態における制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。なお、第一実施形態と同様、圧縮機の保護制御の実行は、外部から制御できないこととする。
DRASクライアント2は、所定の制御周期で電力制限スケジュール情報を繰り返し生成する(ステップS21)。この処理と並行して、保護制御実行予定情報取得部281は、圧縮機の保護制御の実行タイミングの予定情報を取得する(ステップS221)。次に制御部29は、保護制御実行予定情報取得部281が取得した予定情報と電力料金スケジュール情報に基づいて、保護制御の実行タイミングを変更するかどうかを決定する(ステップS23)。保護制御の実行タイミングの予測が、予定情報に置き換わるだけで、保護制御の実行タイミングを変更するか否かを決定する方法については、図11のステップS23と同様である。保護制御の実行タイミングを変更しないと決定した場合(ステップS23;No)、制御部29は、制御情報算出部23から取得した運転制限スケジュール情報をゲートウェイ3へ送信する(ステップS24)。
上記の第一実施形態〜第三実施形態では、油戻し制御を保護制御の一例として説明を行ったが、DRASクライアント2,2aによれば、同様にして、均油制御の実行タイミングを電力料金が安価な時間帯に変更することができる。
コンピュータ900は、CPU901、主記憶装置902、補助記憶装置903、入出力インタフェース904、通信インタフェース905を備える。
上述のDRASクライアント2,2a(制御装置)は、コンピュータ900に実装される。そして、上述した各機能は、プログラムの形式で補助記憶装置903に記憶されている。CPU901は、プログラムを補助記憶装置903から読み出して主記憶装置902に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU901は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置902に確保する。また、CPU901は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置903に確保する。
1・・・DRASサーバ
2、2a・・・DRASクライアント
3・・・ゲートウェイ
31、32、33、34、3m・・・空調機
4・・・ビル
301、302、303、304、30m・・・室外機
311、312、313、31n、321,322、323、32n、331、332、333、33n、341、342、343、34n、3m1、3m2、3m3、3mn・・・室内機
21・・・運転情報取得部
22・・・料金情報取得部
23・・・制御情報算出部
24・・・運転状態予測部
25・・・評価部
251・・・電力料金評価部
252・・・快適性評価部
26・・・通信部
27・・・記憶部
28・・・保護制御実行予測部
281・・・保護制御実行予定情報取得部
29・・・制御部
Claims (11)
- 空調機の制御装置であって、
時間毎の電力料金単価の情報を取得する料金情報取得部と、
前記空調機が備える圧縮機の保護制御のうち、前記圧縮機の回転数の上昇を伴う前記保護制御を実行するタイミングを、前記電力料金単価が高額となる時間帯を回避するように変更する制御部と、
を備える制御装置。 - 前記制御部は、前記電力料金単価が高額な時間帯に前記保護制御が実行される場合は、当該時間帯に至る前に前記圧縮機を休止させる、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記制御部は、前記電力料金単価が高額な時間帯の後に前記圧縮機の運転を再開させる、
請求項2に記載の制御装置。 - 前記制御部は、前記電力料金単価が高額な時間帯に前記保護制御が実行される場合、当該時間帯に至る前に前記圧縮機の保護制御が完了するように前記保護制御の実行する、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記制御部は、前記保護制御の実行が保留される時間が所定の閾値以上となる場合、前記電力料金単価に関わらず、前記保護制御の実行を許可する、
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記圧縮機の前記保護制御が実行されるタイミングを予測する予測部、
をさらに備える請求項1から請求項5の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記圧縮機の前記保護制御は、油戻し制御または均油制御である、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記空調機の運転状態に関する運転状態情報を取得する運転情報取得部と、
前記運転状態情報と所定の予測モデルと前記時間毎の電力料金単価の情報とに基づいて、未来の所定期間における前記空調機の運転に関する評価値を算出する評価部と、
前記評価値が最適な値となるように運転するための前記空調機に対する制御情報を算出する制御情報算出部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記制御情報算出部が算出した制御情報より優先して前記保護制御の実行タイミングの変更を指示する制御情報を前記空調機へ出力する、
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の制御装置。 - 請求項1から請求項8の何れか1項に記載の制御装置と、
前記制御装置によって制御される1台以上の空調機と、
を備える空調制御システム。 - 空調機の制御方法であって、
時間毎の電力料金単価の情報を取得するステップと、
前記空調機が備える圧縮機の保護制御のうち、前記圧縮機の回転数の上昇を伴う前記保護制御を実行するタイミングを、取得した前記電力料金単価が高額となる時間帯を回避するように変更するステップと、
を有する制御方法。 - コンピュータを、
時間毎の電力料金単価の情報を取得する手段、
空調機が備える圧縮機の保護制御のうち、前記圧縮機の回転数の上昇を伴う前記保護制御を実行するタイミングを、取得した前記電力料金単価が高額となる時間帯を回避するように変更する手段、
として機能させるためのプログラム。
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