JP6641849B2 - Power prediction method - Google Patents
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Description
本発明は、工場での電力総需要を予測する電力予測方法に関する。 The present invention relates to a power prediction method for predicting a total power demand in a factory.
製鉄所等の多くの電力を使用する工場では、電力会社と電力購入契約を結び、電力を購入している。一般的に、電力購入契約では所定時間(例えば、30分毎)の最大消費電力(以下、「デマンド値」とも称する。)を基に契約電力が決定されており、実際のデマンド値が契約電力を越えると違約金が課せられる。一方で、デマンド値が大幅に契約電力を下回った場合でも契約電力分の金額を支払う仕組みとなっている。このような契約の下では、工場側においては、常に消費電力が安定に保たれるようにその需要を調整することが経済的に重要であり、そのためには工場の電力需要を正確に予測する必要がある。 Factories that use a lot of power, such as steelworks, purchase power by signing a power purchase contract with a power company. Generally, in a power purchase contract, the contract power is determined based on the maximum power consumption (hereinafter, also referred to as a “demand value”) for a predetermined time (for example, every 30 minutes), and the actual demand value is determined by the contract power. Penalties will be imposed if you exceed. On the other hand, even when the demand value is significantly lower than the contracted power, the amount of the contracted power is paid. Under such a contract, it is economically important on the factory side to adjust the demand so that the power consumption is always kept stable, and therefore, it is necessary to accurately forecast the power demand of the factory. There is a need.
電力需要の予測方法としては、古くは、特許文献1に記載されているように、所定時間分の過去の実績消費電力を求め、この消費電力の値から未来所定時間の電力需要を推定する時系列解析による方法がある。また、一方で、例えば特許文献2、3には、鋼板の圧延工場の電力需要の見積りに関し、圧延の処理スケジュールに従って処理される鋼板の仕様あるいは関連する操業パタメータと、電力需要とを数式で関連付けることで、電力需要の見積りを行う工場の操業計画に基づく予測方法が提案されている。 As a method of estimating power demand, in the past, as described in Patent Literature 1, it is necessary to obtain past actual power consumption for a predetermined time and estimate the power demand for a predetermined time in the future from the value of this power consumption. There is a method based on series analysis. On the other hand, for example, Patent Literatures 2 and 3 relate to estimating the power demand of a rolling mill for steel sheets, and associate the power demand with the specifications or related operation parameters of the steel sheet to be processed according to the rolling processing schedule by mathematical expressions. Accordingly, a prediction method based on an operation plan of a factory for estimating power demand has been proposed.
しかし、上記特許文献1に記載のように、過去の実績値を利用した時系列解析に基づく電力の予測精度はあまり高くなく、予測値と実績値とが大きく乖離することがあった。その理由は、電力消費は決まった経時的法則に基づくものではなく、人為的な操業計画に基づくものであり、この計画も頻繁に変更される性質のものであることが大きいと考えられる。 However, as described in Patent Literature 1, the power prediction accuracy based on the time series analysis using the past actual values is not very high, and the predicted values and the actual values may greatly deviate. The reason is that the power consumption is not based on a fixed chronological rule but based on an artificial operation plan, and it is considered that this plan is also likely to be frequently changed.
また、上記特許文献2、3に記載の方法においても、計画の変更に伴う不確定性を含んでいる。また、同じ操業パラメータに基づく作業であっても、必ずしも同じ電力は消費されず、電力需要と各種の操業パラメータとを関係付ける精度の高い関係式を得ることは容易ではなかった。 Also, the methods described in Patent Documents 2 and 3 also include uncertainty due to a change in the plan. In addition, even if the operations are based on the same operation parameters, the same power is not necessarily consumed, and it is not easy to obtain a highly accurate relational expression that relates the power demand to various operation parameters.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、電力需要の予測精度を向上させることが可能な、新規かつ改良された電力予測方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a new and improved power prediction method capable of improving the prediction accuracy of power demand. It is in.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、工場の総電力需要を予測する電力予測方法であって、電力消費に関する実績データを用いた時系列予測モデルに基づいて、電力需要を予測する第1の確率密度関数を算出する第1の確率密度関数算出ステップと、工場の稼働計画に基づいて、電力需要を予測する第2の確率密度関数を算出する第2の確率密度関数算出ステップと、第1の確率密度関数と第2の確率密度関数との積に基づき表された第3の確率密度関数を算出する第3の確率密度関数算出ステップと、第3の確率密度関数の代表値を電力予測値として決定する、電力予測ステップと、を含む、電力予測方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a power prediction method for predicting a total power demand of a factory, the method comprising: calculating a power demand based on a time-series prediction model using actual data on power consumption. A first probability density function calculating step of calculating a first probability density function for estimating the power demand, and a second probability density function of calculating a second probability density function for estimating the power demand based on the operation plan of the factory A calculating step, a third probability density function calculating step of calculating a third probability density function represented based on a product of the first probability density function and the second probability density function, and a third probability density function And a power estimation step of determining a representative value of the power estimation value as a power estimation value.
電力予測ステップでは、最頻値、平均値または中央値のうちいずれか1つを第3の確率密度関数の代表値として決定してもよい。 In the power prediction step, one of the mode, the average, and the median may be determined as the representative value of the third probability density function.
また、電力予測ステップでは、第3の確率密度関数の予測誤差を算出してもよい。 In the power prediction step, a prediction error of the third probability density function may be calculated.
以上説明したように本発明によれば、電力需要の予測精度を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to improve the prediction accuracy of power demand.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
<1.概念説明>
本願発明者らは、電力需要の予測精度を向上させる手法について鋭意検討した。その結果、実績データを利用した時系列モデルによる予測(以下、「実績値予測」と称する。)と、操業計画に基づく経験式による予測(以下、「計画値予測」と称する。)とが、互いに全く異なるデータを用い、全く異なる予測原理に基づいて算出されることから、これらが確率論的に互いに独立であると考えた。すなわち、本願発明者らは、この2つの予測を確率論的に考え、この2つの予測が同時に満たされる条件を果たすことで、予測の精度が向上できると考えた。
<1. Concept explanation>
The present inventors diligently studied a technique for improving the prediction accuracy of power demand. As a result, prediction by a time-series model using actual data (hereinafter, referred to as “actual value prediction”) and prediction by an empirical formula based on an operation plan (hereinafter, referred to as “planned value prediction”) are: Since they are calculated based on completely different prediction principles using completely different data, they are considered to be stochastically independent of each other. That is, the inventors of the present application considered the two predictions in a probabilistic manner, and thought that by fulfilling the condition that the two predictions are simultaneously satisfied, the accuracy of the prediction can be improved.
本発明では、未来時刻tにおける予測を、1つの電力値として考えるのではなく、電力値eを変数とした確率密度関数として考える。時刻tについての実績値予測の確率密度関数をP1(e)とし、計画値予測の確率密度関数をP2(e)とすると、互いに独立な2つの予測が同時に満たす確率密度関数P3(e)は、例えば下記式(1)のように表すことができる。式(1)の確率密度関数P3(e)は、確率密度関数P1(e)と確率密度関数P2(e)との積を計算し、さらに確率密度関数P1(e)と確率密度関数P2(e)との積をeについて全区間で積分した値で割って規格化したものである。 In the present invention, the prediction at the future time t is not considered as one power value but as a probability density function using the power value e as a variable. Assuming that the probability density function of actual value prediction at time t is P1 (e) and the probability density function of plan value prediction is P2 (e), the probability density function P3 (e) that is satisfied by two independent predictions at the same time is For example, it can be expressed as the following equation (1). The probability density function P3 (e) of the equation (1) calculates the product of the probability density function P1 (e) and the probability density function P2 (e), and further calculates the probability density function P1 (e) and the probability density function P2 ( This is a value obtained by dividing the product with e) by a value obtained by integrating e over the entire interval.
式(1)で計算される確率密度関数P3(e)により、本発明による予測を確率論的に表現することができ、この確率密度関数の代表値(例えば、最頻値。すなわち、この関数の最大値を与える電力値e)が電力予測値となる。また、確率密度関数P3(e)からこの電力予測値の信頼性も算出できる。なお、式(1)の分母は定数になるので、この分母の値は確率密度関数P3(e)の最頻値に影響しない。したがって、式(1)の分母の値を計算しなくても、確率密度関数P1(e)と確率密度関数P2(e)との積のみから電力予測値を算出することは可能である。 The prediction according to the present invention can be stochastically represented by the probability density function P3 (e) calculated by the equation (1), and a representative value (for example, a mode value; The power value e) that gives the maximum value of is the power prediction value. Further, the reliability of the predicted power value can be calculated from the probability density function P3 (e). Since the denominator of equation (1) is a constant, the value of the denominator does not affect the mode of the probability density function P3 (e). Therefore, it is possible to calculate the predicted power value only from the product of the probability density function P1 (e) and the probability density function P2 (e) without calculating the value of the denominator of the equation (1).
ここで、実績値予測の確率密度関数P1(e)は、時系列予測モデルに過去の消費電力の実績データを適用することによって定まる予測モデルの特性パラメータと、予測時刻直前の電力実績値とから算出できる。時系列予測モデルとしては、例えば非特許文献1〜3等に紹介されるように多くのものが知られているが、これらのモデルの多くでは、予測値とあわせてその誤差の標準偏差が算出される。ここで得られた予測値をE1とし、その標準偏差をσ1とすると、確率密度関数P1(e)は下記式(2)のように正規分布関数として表現できる。 Here, the probability density function P1 (e) of the actual value prediction is obtained from the characteristic parameters of the prediction model determined by applying the past power consumption actual data to the time-series prediction model and the actual power value immediately before the prediction time. Can be calculated. Many time-series prediction models are known, as introduced in Non-Patent Documents 1 to 3, for example. In many of these models, the standard deviation of the error is calculated together with the prediction value. Is done. And E 1 the prediction value obtained here, when the standard deviation and sigma 1, the probability density function P1 (e) can be represented as a normal distribution function as shown in Equation (2).
一方、計画値予測の確率密度関数P2(e)は、生産計画値に基づいて定まるいくつかのプロセスパラメータに基づき算出される電力の計画予測値と、その予測誤差とにより、設定することができる。ここで、計画予測値は、例えば、過去のプロセスパラメータと消費電力との関係を重回帰分析して得られる回帰式に、プロセスパラメータの値を代入して得ることができる。予測誤差は、その重回帰式での電力の推定誤差を充てればよい。各プロセスパラメータから重回帰分析によって得られた予測値をE2、その誤差の標準偏差をσ2とすると、確率密度関数P2(e)は、下記式(3)で表現される。 On the other hand, the probability density function P2 (e) of the plan value prediction can be set by the plan prediction value of the power calculated based on some process parameters determined based on the production plan value and the prediction error. . Here, the plan prediction value can be obtained, for example, by substituting the value of the process parameter into a regression equation obtained by performing a multiple regression analysis on the relationship between the past process parameter and the power consumption. As the prediction error, the power estimation error in the multiple regression equation may be used. Assuming that a predicted value obtained by multiple regression analysis from each process parameter is E 2 and the standard deviation of the error is σ 2 , the probability density function P2 (e) is expressed by the following equation (3).
式(2)および式(3)を式(1)に適用することで、確率密度関数P3(e)を具体的に計算できる。計算された確率密度関数P3(e)の最頻値が最も実現確率の高い電力値であるから、この値を予測値とすることができる。ここで、予測値として使用する値は最頻値に限定されるものではなく、状況に応じて、確率密度関数P3(e)の平均値あるいは中央値を代表値として用いてもよい。また、予測の信頼性は、確率密度関数P3(e)の分位点を計算して、例えば5%−95%信頼区間等で評価することができる。 By applying Equations (2) and (3) to Equation (1), the probability density function P3 (e) can be specifically calculated. Since the mode value of the calculated probability density function P3 (e) is the power value with the highest realization probability, this value can be used as the predicted value. Here, the value used as the predicted value is not limited to the mode, and the average or median of the probability density function P3 (e) may be used as the representative value depending on the situation. The reliability of the prediction can be evaluated by calculating the quantile of the probability density function P3 (e), for example, in a 5% -95% confidence interval.
なお、モンテカルロ法等に基づく予測モデルや、非線形重回帰分析等を用いると、確率密度関数P1(e)、P2(e)が正規分布関数のような具体的な関数式として表現できないことがある。しかし、このような場合でも、確率密度関数が数値データの形で得られれば、確率密度関数P3(e)を式(1)に基づいて数値的に算出可能であり、問題なく使用することができる。 When a prediction model based on the Monte Carlo method or the like or a nonlinear multiple regression analysis or the like is used, the probability density functions P1 (e) and P2 (e) may not be able to be expressed as a specific function expression such as a normal distribution function. . However, even in such a case, if the probability density function is obtained in the form of numerical data, the probability density function P3 (e) can be calculated numerically based on the equation (1), and can be used without any problem. it can.
また、本発明は、確率密度関数P1(e)および確率密度関数P2(e)の算出に際して、利用する時系列予測モデルや、重回帰分析の方法および操業パラメータの選択方法には特に制約されない。これらは、実績値予測の誤差や計画値予測の誤差が小さくなるように、データ収集や計算に関する環境やコスト等に応じて適宜選択することが可能である。 Further, in the present invention, when calculating the probability density functions P1 (e) and P2 (e), there are no particular restrictions on the time series prediction model to be used, the method of multiple regression analysis, and the method of selecting operation parameters. These can be appropriately selected according to the environment, cost, and the like regarding data collection and calculation so that the error in the actual value prediction and the error in the plan value prediction become small.
以上に説明したように、本発明の電力予測方法によれば、実績データを利用した時系列モデルによる実績値予測と、操業計画に基づく経験式による計画値予測とを同時に考慮することで、電力需要の予測精度を大幅に高めることができる。これにより、不規則に変動する工場の電力需要の予測精度を従来よりも大幅に向上させることができ、電力需要が契約電力条件を外れる事態等の発生を事前に察知し、防護策を講じるための時間的余裕を得ることができる。以下、本発明の電力予測方法について、具体的に説明していく。 As described above, according to the power prediction method of the present invention, by simultaneously considering the actual value prediction by the time-series model using the actual data and the plan value prediction by the empirical formula based on the operation plan, Demand forecasting accuracy can be greatly improved. As a result, it is possible to significantly improve the accuracy of forecasting the power demands of factories that fluctuate irregularly, and to detect in advance that power demand will be out of the contracted power conditions, and to take protective measures. Time can be obtained. Hereinafter, the power prediction method of the present invention will be specifically described.
<2.電力需要予測>
本発明の一実施形態に係る電力予測装置100の構成と、これによる電力予測方法について説明する。以下の説明においては、具体例として、鋼板の熱圧延を行う圧延工場の電力予測を取り上げる。この圧延工場では、スラブ状の鋼塊を加熱炉で加熱し、一連の圧延機で長い帯状に圧延して、コイル状に巻き取った熱延コイルを製造している。
<2. Power demand forecast>
A configuration of a
[2−1.機能構成]
まず、図1に基づいて、本実施形態に係る電力予測装置100の一構成例を説明する。なお、図1は、本実施形態に係る電力予測装置100の機能構成を示す説明図である。電力予測装置100は、例えば、演算処理装置および制御装置として機能するCPU等を備えるコンピュータ等により実現される。電力予測装置100のCPUは、ROM、RAM、ストレージ装置、またはリムーバブル記録媒体等に記録された各種プログラムに従って、電力予測装置100内の動作全般またはその一部を制御する。本実施形態に係る電力予測装置100は、図1に示すように、実績値取得部110と、第1の確率密度関数算出部120と、計画値取得部130と、第2の確率密度関数算出部140と、第3の確率密度関数算出部150と、予測処理部160とを備える。
[2-1. Functional configuration]
First, a configuration example of a
実績値取得部110は、工場における電力消費の実績値等を含む実績データを取得する。工場では、工場全体で消費される電力が管理されており、工場内の各設備で消費された電力量は、所定のタイミング(例えば、30分間隔)で実績データ記憶部10に記録される。実績値取得部110は、実績データ記憶部10から、工場全体での消費電力量を実績データ記憶部10から取得し、第1の確率密度関数算出部120へ出力する。
The performance
第1の確率密度関数算出部120は、実績値取得部110により取得された実績データに含まれる電力消費の実績値に基づいて、電力の時系列予測モデルから電力需要を予測する第1の確率密度関数を算出する。時系列予測モデルとしては、例えば、ARIMA(Autoregressive Integrated Moving Average:自己回帰和分移動平均)モデルやBVAR−TPモデル(ベイジアン・時変パラメータ・自己回帰モデル)等を用いることができる。第1の確率密度関数算出部120は、例えば、現在から所定期間遡った過去の電力消費の実績値より、電力の時系列予測モデルを用いて次の期間の電力の予測値E1及びその誤差の標準偏差σ1を算出し、上記式(2)に基づく第1の確率密度関数P1(e)を算出する。
The first probability density
計画値取得部130は、生産計画として設定されている操業スケジュールを取得する。工場では生産計画をシステムによって管理しており、計画記憶部20に日々の操業スケジュールが記憶されている。計画記憶部20には過去の操業実績も記録されており、また、操業スケジュールに変更があった場合には適宜反映される。また、操業スケジュールから電力需要を見積もるために、圧延工程の処理量として、例えば1時間あたりのコイルの処理長さLph(m/時)及び処理重量Wph(Kg/時)が、生産計画に基づき所定期間先まで予測されており、当該予測処理量も計画記憶部20に記憶されている。計画値取得部130は、計画記憶部20から次の期間における予測処理量を取得し、第2の確率密度関数算出部140へ出力する。
The plan
第2の確率密度関数算出部140は、計画値取得部130により取得された稼働計画である予測処理量に基づいて電力需要の予測値E2を算出し、上記式(3)に基づく電力需要を予測する第2の確率密度関数P2(e)を算出する。電力需要予測値E2は、例えば下記式(4)により算出される。なお、定数C0、C1、C2、C3は、過去の電力消費値と、コイルの処理長さLph及び処理重量Wphとに基づき、例えば線形重回帰分析等により予め決定される。また、この線形重回帰分析により電力需要の予測値E2の誤差の標準偏差σ2も予め算出される。
Second probability density
第3の確率密度関数算出部150は、第1の確率密度関数P1(e)と第2の確率密度関数との積に基づき、第3の確率密度関数P3(e)を算出する。第3の確率密度関数P3(e)は、例えば上記式(1)により表される。
The third probability
予測処理部160は、第3の確率密度関数P3(e)に基づいて、予測対象である次の期間における電力予測値を決定する。電力予測値は、第3の確率密度関数P3(e)の代表値であり、例えば最頻値、平均値または中央値等とすることができる。また、予測処理部160は、電力予測値の予測誤差を算出する。電力予測値の予測誤差として、予測処理部160は、例えば第3の確率密度関数P3(e)の5%分位点及び95%分位点を算出する。予測処理部160は、算出した電力予測値及びその予測誤差を予測情報として出力部30へ出力する。出力部30は、例えばディスプレイ等の表示装置であって、予測処理部160から入力された予測情報を工場の管理者が参照可能に通知する。
The
[2−2.電力予測方法]
次に、図2に基づいて、本実施形態に係る電力予測装置100による電力予測方法について説明する。図2は、本実施形態に係る電力予測方法の一例を示すフローチャートである。
[2-2. Power prediction method]
Next, a power prediction method by the
本実施形態に係る電力予測方法では、図2に示すように、まず、実績値予測処理(S100〜S104)と計画値予測処理(S110〜S114)とが実行される。これらの処理は、図2に示すように並行に実行してもよく、各処理を順に実行してもよい。 In the power prediction method according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, first, an actual value prediction process (S100 to S104) and a plan value prediction process (S110 to S114) are executed. These processes may be executed in parallel as shown in FIG. 2, or each process may be executed in order.
(実績値予測処理)
まず、実績値予測処理について説明すると、まず、図2に示すように、実績値取得部110により、実績データ記憶部10から消費電力の実績値が取得される(S100)。実績データ記憶部10には、工場内の各設備で消費された電力量が、所定のタイミングで記録されている。本実施形態では、1ステップを30分として、30分に1回のタイミングで、工場内の各設備で消費された電力量が実績データ記憶部10に記録される。実績値取得部110は、予め設定された過去の所定期間の消費電力の実績値を取得し、第1の確率密度関数算出部120へ出力する。例えば、実績値取得部110は、現時点から480ステップ前(すなわち、10日前)までの消費電力の実績データを取得し、第1の確率密度関数算出部120へ出力する。なお、実績値取得部110により取得される実績データの数は、かかる例に限定されないが、後述のステップS102において精度の高い予測誤差の標準偏差σ1を取得するためには多い方がよい。
(Actual value prediction processing)
First, the actual value prediction process will be described. First, as shown in FIG. 2, the actual value of the power consumption is acquired by the actual
次いで、第1の確率密度関数算出部120は、ステップS100にて取得された消費電力の実績値に基づいて、電力の時系列予測モデルに基づき、予測対象とする期間での消費電力の予測値E1及び予測誤差の標準偏差σ1を計算する(S102)。ここで、電力の時系列予測モデルとして、ARIMAモデルを用いる(非特許文献3参照)。ARIMAモデルのパラメータ値は、例えば、過去3カ月間の消費電力の実績データを3次のARIMAモデルにより予め解析し決定する。また、第1の確率密度関数算出部120は、このARIMAモデルによる解析から予測対象とする期間のステップごとに予測値E1及び標準偏差σ1を算出する。そして、第1の確率密度関数算出部120は、予測値E1及び標準偏差σ1に基づき、上記式(2)より第1の確率密度関数P1(e)を算出する(S104)。第1の確率密度関数P1(e)は、電力値eについて所定の刻み幅、例えば10KW刻みで計算され、配列値として得られる。
Next, the first probability
(計画値予測処理)
次に、計画値予測処理について説明する。計画値予測処理では、まず、図2に示すように、計画値取得部130により、計画記憶部20に記憶された操業スケジュールから所定のプロセスパラメータの計画値が取得される(S110)。計画記憶部20には、過去の操業実績と、電力需要を見積もるための圧延工程の処理量として、例えば1時間あたりのコイルの処理長さLph(m/時)及び処理重量Wph(Kg/時)が記憶されている。なお、本実施形態ではこれら2つのプロセスパラメータの計画値を用いて電力の予測値を算出するが、計画値予測処理にて利用可能なプロセスパラメータは適宜決定可能であり、操業において電力消費に大きく影響するプロセスパラメータを選定するのがよい。圧延工程においては、上記の他、例えば圧延する鋼種等をプロセスパラメータとして用いてもよい。また、本実施形態では、2つのプロセスパラメータを用いて電力の予測値を算出するが、本発明はかかる例に限定されず、1または複数のプロセスパラメータを用いて電力の予測値を算出することが可能である。
(Plan value forecasting process)
Next, the plan value prediction processing will be described. In the plan value prediction processing, first, as shown in FIG. 2, the plan
圧延工程の処理量の予測値は、生産計画に基づき、例えば6時間先まで、すなわち12ステップ先までの処理量が記録されている。計画値取得部130は、予測対象とする期間、少なくとも1ステップ先の圧延工程の処理量を取得し、第2の確率密度関数算出部140へ出力する。
As the predicted value of the processing amount of the rolling process, the processing amount up to, for example, 6 hours ahead, that is, up to 12 steps ahead is recorded based on the production plan. The plan
次いで、第2の確率密度関数算出部140は、ステップS110にて取得された予測対象とする期間の圧延工程の処理量に基づいて、その期間での消費電力の予測値E2及び予測誤差の標準偏差σ2を計算する(S112)。第2の確率密度関数算出部140は、予測対象とする期間のステップごとに上記式(4)に基づき電力の予測値E2を算出する。例えば、ステップS110にて12ステップ先までの圧延工程の処理量が取得されていれば、1ステップ先、2ステップ先、・・・、12ステップ先の電力の予測値E2がそれぞれ算出される。なお、上記式(4)の定数C0、C1、C2、C3は、過去の電力消費値と、コイルの処理長さLph及び処理重量Wphの実績値との関係から、線形重回帰分析によって予め決定される。この際、第2の確率密度関数算出部140は、線形重回帰分析より、各電力の予測値E2の誤差の標準偏差σ2も算出する。
Then, the second probability density
そして、第2の確率密度関数算出部140は、算出された電力の予測値E2とその誤差の標準偏差σ2から、当該予測値E2に基づく第2の確率密度関数P2(e)を上記式(3)によって算出する(S114)。第2の確率密度関数P2(e)は、電力値eについて所定の刻み幅、例えば10KW刻みで計算され、配列値として得られる。
Then, the second probability density
(電力予測処理)
実績値予測処理と計画値予測処理とが実行されると、第3の確率密度関数算出部150により、電力予測処理が実行される。電力予測処理では、まず、ステップS104にて算出された第1の確率密度関数P1(e)と、ステップS114にて算出された第2の確率密度関数P2(e)とから、第3の確率密度関数P3(e)が算出される(S120)。第3の確率密度関数算出部150は、第1の確率密度関数P1(e)の配列値と第2の確率密度関数P2(e)の配列値とに基づき、上記式(1)を用いて数値計算する。これにより、予測対象の各ステップでの第3の確率密度関数P3(e)の値が数値的に得られる。
(Power prediction processing)
When the actual value prediction processing and the plan value prediction processing are executed, the third probability density
第3の確率密度関数算出部150は、ステップS120にて得られた第3の確率密度関数P3(e)に基づき、当該確率密度の代表値を電力の予測値Eとして求める。また、第3の確率密度関数算出部150は、この予測値Eの予測誤差として、この第3の確率密度関数P3(e)の5%分位点及び95%分位点を算出する(S122)。これらの予測値E及び予測誤差を予測情報とする。第3の確率密度関数算出部150は、予測対象の各ステップでの予測情報を算出すると、予測情報を出力部30へ出力する(S124)。これにより、工場の生産管理者は、例えば出力部30に表示された予測情報を参照し、圧延スケジュールの調整を行うことができるようになる。また、工場地域の電力管理者は、この予測情報に基づき、関連する発電所での発電機の稼働、他地域間との電力融通の調整を行うことができるようになる。
Based on the third probability density function P3 (e) obtained in step S120, the third probability density
以下、上記実施形態にて説明した圧延工場の電力需要予測処理について、本実施形態に係る電力予測方法の有効性につき検証した。なお、以下、実施例と比較例を挙げて説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, regarding the power demand prediction processing of the rolling mill described in the above embodiment, the effectiveness of the power prediction method according to the present embodiment was verified. Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(比較例1)
比較例1は、上記実施形態にて説明した圧延工場の電力について、過去3カ月分の電力消費の実績データを基にして、非特許文献2に示されているBVAR−TPモデルを利用して電力を予測したものである。電力予測値としてはこの分布の最頻値を用い、予測誤差としてはこの分布の5%分位点及び95%分位点を用いた。この予測モデルで得られた30分後の電力の予測の確率密度関数は、図3上側に示すような釣鐘型の分布になった。この確率密度関数の最頻値eは62.19(MW)であり、この分布から得られた5%分位点は48.27(MW)であり、95%分位点は76.11(MW)であった。下記表1に、30分後から150分後まで30分刻みで求めた予測値と、5%−95%信頼区間の下限値である5%分位点、上限値である95%分位点、及び信頼区間の幅を示す。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 uses the BVAR-TP model shown in Non-Patent Document 2 based on the power consumption data of the past three months for the power of the rolling mill described in the above embodiment. It is a prediction of power. The mode of this distribution was used as the power prediction value, and the 5% and 95% quantiles of this distribution were used as the prediction error. The probability density function of the prediction of the electric power after 30 minutes obtained by this prediction model has a bell-shaped distribution as shown in the upper part of FIG. The mode e of the probability density function is 62.19 (MW), the 5% quantile obtained from this distribution is 48.27 (MW), and the 95% quantile is 76.11 (MW). MW). In Table 1 below, the predicted values obtained in 30-minute increments from 30 minutes to 150 minutes later, the 5% quantile that is the lower limit of the 5% -95% confidence interval, and the 95% quantile that is the upper limit , And the width of the confidence interval.
(比較例2)
比較例2は、比較例1と同じ圧延工場において、比較例1と同時点の電力を予測したものである。比較例1と同様に、電力予測値としてはこの分布の最頻値を用い、予測誤差としてはこの分布の5%分位点及び95%分位点を用いた。ここでは、過去3カ月分の電力消費と、コイルの1時間当たりの投入重量Wph(Kg/時)と投入長さLph(m/時)とに基づいて、上記式(4)で示した重回帰モデルのパラメータを求めた結果、投入重量Wph及び投入長さLphの計画値から電力の予測値E2(MW)を予測する重回帰式は下記式(5)に示すようになった。予測値E2の誤差の標準偏差σ2は9.79(MW)となった。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 predicts the power at the same time as Comparative Example 1 in the same rolling mill as Comparative Example 1. As in Comparative Example 1, the mode of this distribution was used as the power prediction value, and the 5% and 95% quantiles of this distribution were used as the prediction error. Here, based on the power consumption for the past three months, the input weight per hour Wph (Kg / hour) and the input length Lph (m / hour) of the coil, the weight expressed by the above equation (4) is obtained. As a result of obtaining the parameters of the regression model, the multiple regression equation for predicting the predicted value E 2 (MW) of the electric power from the planned values of the input weight Wph and the input length Lph is as shown in the following equation (5). Standard deviation sigma 2 error of the predicted value E 2 became 9.79 (MW).
上記式(5)に、時刻tで計画されている投入重量Wph及び投入長さLphの値を代入して、予測値E2を計算した。この予測モデルで得られた30分後の電力の予測の確率密度関数は、図3中央に示すように平均値58.85(MW)、標準偏差9.79(MW)の正規分布となった。正規分布の最頻値は平均値と等しく58.85(MW)であり、この分布から得られた5%分位点は39.27MWであり、95%分位点は78.43MWであった。下記表2に、30分後から150分後まで30分刻みで求めた予測値と、5%−95%信頼区間の下限値である5%分位点、上限値である95%分位点、及び信頼区間の幅を示す。比較例2での重回帰分析による誤差の標準偏差σ2は時刻によらない定数であるため、信頼区間の幅はどの時刻でも同じく36.16(MW)となる。 In equation (5), by substituting the value of the input weight Wph and turned length Lph are planned at time t, and calculates a predicted value E 2. The probability density function of the power prediction after 30 minutes obtained by this prediction model has a normal distribution with an average value of 58.85 (MW) and a standard deviation of 9.79 (MW) as shown in the center of FIG. . The mode of the normal distribution was equal to the mean, 58.85 (MW), the 5% quantile obtained from this distribution was 39.27 MW, and the 95% quantile was 78.43 MW. . In Table 2 below, the predicted values obtained in 30-minute intervals from 30 minutes to 150 minutes later, the 5% quantile that is the lower limit of the 5% -95% confidence interval, and the 95% quantile that is the upper limit , And the width of the confidence interval. Since the standard deviation σ 2 of the error by the multiple regression analysis in Comparative Example 2 is a constant independent of time, the width of the confidence interval is 36.16 (MW) at any time.
(実施例1)
実施例1は、上記実施形態にて説明した圧延工場の電力需要予測処理について、比較例1及び比較例2と全く同時点の電力を予測したものである。比較例1及び比較例2と同様に、電力予測値としてはこの分布の最頻値を用い、予測誤差としてはこの分布の5%分位点及び95%分位点を用いた。実施例1での電力の予測値Eの確率密度関数P3(e)は、比較例1で算出された時刻tでの確率密度関数P1(e)と、比較例2で算出された時刻tでの確率密度関数P2(e)の確率密度関数とから、上記式(1)に基づいて新たに算出されたものである。30分後の電力の予測の確率密度関数P3(e)は、図3下側に示すように、区間の幅が狭く、比較的尖った釣鐘型の分布になった。この確率密度関数P3(e)の最頻値は60.61(MW)であり、この分布から得られた5%分位点は50.14(MW)であり、95%分位点は70.99(MW)であった。下記表3に、30分後から150分後まで30分刻みで求めた予測値と、5%−95%信頼区間の下限値である5%分位点、上限値である95%分位点、及び信頼区間の幅を示す。信頼区間の幅は、いずれの時刻においても比較例1及び2の予測値の信頼区間の幅よりかなり狭くなっており、予測の信頼性が大きく改善されたことを確認できた。
(Example 1)
In the first embodiment, the power demand prediction processing of the rolling mill described in the above embodiment predicts the power at exactly the same point as in the first and second comparative examples. As in Comparative Examples 1 and 2, the mode of this distribution was used as the power prediction value, and the 5% quantile and the 95% quantile of this distribution were used as the prediction error. The probability density function P3 (e) of the predicted value E of the power in the first embodiment is calculated by using the probability density function P1 (e) at the time t calculated in the first comparative example and the time density t calculated in the second comparative example. And the probability density function of the probability density function P2 (e) is newly calculated based on the above equation (1). As shown in the lower part of FIG. 3, the probability density function P3 (e) of the power prediction after 30 minutes has a bell-shaped distribution with a narrow section and a relatively sharp bell. The mode of the probability density function P3 (e) is 60.61 (MW), the 5% quantile obtained from this distribution is 50.14 (MW), and the 95% quantile is 70 .99 (MW). In Table 3 below, the predicted values obtained in 30-minute intervals from 30 minutes to 150 minutes later, the 5% quantile that is the lower limit of the 5% -95% confidence interval, and the 95% quantile that is the upper limit , And the width of the confidence interval. The width of the confidence interval was significantly narrower than the width of the confidence interval of the predicted values of Comparative Examples 1 and 2 at any time, confirming that the reliability of prediction was greatly improved.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that those skilled in the art to which the present invention pertains can conceive various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
10 実績データ記憶部
20 計画記憶部
30 出力部
100 電力予測装置
110 実績値取得部
120 第1の確率密度関数算出部
130 計画値取得部
140 第2の確率密度関数算出部
150 第3の確率密度関数算出部
160 予測処理部
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
電力消費に関する実績データを用いた時系列予測モデルに基づいて、電力需要を予測する第1の確率密度関数を算出する第1の確率密度関数算出ステップと、
前記工場の稼働計画に基づいて、電力需要を予測する第2の確率密度関数を算出する第2の確率密度関数算出ステップと、
前記第1の確率密度関数と前記第2の確率密度関数との積に基づき表された第3の確率密度関数を算出する第3の確率密度関数算出ステップと、
前記第3の確率密度関数の代表値を電力予測値として決定する、電力予測ステップと、
を含む、電力予測方法。 A power forecasting method for forecasting the total power demand of a factory,
A first probability density function calculating step of calculating a first probability density function for predicting power demand based on a time-series prediction model using actual data on power consumption;
A second probability density function calculating step of calculating a second probability density function for predicting power demand based on the operation plan of the factory;
A third probability density function calculating step of calculating a third probability density function represented based on a product of the first probability density function and the second probability density function;
A power prediction step of determining a representative value of the third probability density function as a power prediction value;
And a power prediction method.
The power prediction method according to claim 1, wherein in the power prediction step, a prediction error of the third probability density function is calculated.
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