JP6884001B2 - 電力総和抑制制御装置および方法 - Google Patents
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Description
しかし、三相間の電力バランスについては、様々な状況を想定する必要があり、必ずしも単純な3等分の固定値PW/3での管理が最良とは限らない。例えば、グループの電力の総和がPW/3に対して余裕のある相が存在しながら、PW/3で電力が抑制される別の相が存在し、かつ三相間の電力バランスについても余裕があるという状況が発生する。すなわち、割当総電力PWを使い切らない状況になる確率が高いので、改善が求められている。
マルチループの加熱処理炉などでは、電気ヒータの容量を鑑みて、予め三相間の電力バランスが適切に維持され易いように、各ヒータにR相、S相、T相の電力が配分されるように設計する。しかし、マルチループが同時昇温でない場合や、同時昇温であっても昇温速度に著しい差がある場合は、設計どおりの配分から乖離して、各相の消費電力に大きな格差が発生する。このような特定の状況では、3等分の固定値PW/3を超える電力を利用できる相があってもよいし、一方でいずれかの相が割当総電力PWの大半を利用するような三相間の電力バランスの悪さは避けなければならない。
そこで、発明者は、特許文献2に開示された電力総和抑制制御方法において、各相への割当電力を決める上位階層にも特許文献1に開示された技術を改良して適用することに想到した。この場合、最大出力時総消費電力値CTmを、割当総電力PWを3等分した値PW/3に限定されずに三相間の電力バランスを維持するための上限値として、事実上利用できる。また、各相の電力の合計は、割当総電力PW以内を維持できる。
原理的にPW/3を超え得る各相への割当電力の上限管理としての最大出力時総消費電力値CTmについては、R相、S相、T相の他相(R相であれば、S相、T相)がどの程度に最小消費電力になり得るかを予め把握しておいて、この最小消費電力に、許容できる相間電力差を加算した電力(あるいは許容できる倍率を乗じた電力)を採用することができる。この場合、最大出力時総消費電力値CTm自体は予め規定された値となり、三相間の電力バランスの維持のされ方について予め見通しが得られやすい。
原理的にPW/3を超え得る各相への割当電力の上限管理としての最大出力時総消費電力値CTmについては、各相の電力計測値のうち他相(R相であれば、S相、T相)の最小値を検出し、この最小値に、許容できる相間電力差を加算した電力(あるいは許容できる倍率を乗じた電力)を採用することができる。この場合、最大出力時総消費電力値CTm自体も可変的に調整されることになり、最小消費電力を予め把握しておく手間が省ける。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。本実施例は、上記発明の原理1、発明の原理2に対応する例である。図1は本発明の第1の実施例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。本実施例では、説明を簡単化するため、R相、S相、T相の電気ヒータを3個ずつとし、それぞれが別々のPID制御ループにおけるアクチュエータとして使用されている構成とする。具体的には、R相を使用する電気ヒータとして、制御ループL1,L2,L3に設けられる電気ヒータがあり、S相を使用する電気ヒータとして、制御ループL4,L5,L6に設けられる電気ヒータH4,H5,H6があり、T相を使用する電気ヒータとして、制御ループL7,L8,L9に設けられる電気ヒータH7,H8,H9があるものとする。
R相制御部5R−iは、設定値SPi入力部50R−iと、制御量PVi入力部51R−iと、PID制御演算部52R−iと、出力上限処理部53R−iと、操作量MVi出力部54R−iとから構成される。このR相制御部5R−iは、制御ループLi毎に設けられる。
S相制御部5S−iは、設定値SPi入力部50S−iと、制御量PVi入力部51S−iと、PID制御演算部52S−iと、出力上限処理部53S−iと、操作量MVi出力部54S−iとから構成される。このS相制御部5S−iは、制御ループLi毎に設けられる。
T相制御部5T−iは、設定値SPi入力部50T−iと、制御量PVi入力部51T−iと、PID制御演算部52T−iと、出力上限処理部53T−iと、操作量MVi出力部54T−iとから構成される。このT相制御部5T−iは、制御ループLi毎に設けられる。
CTr_R=CTm_R−CT_R ・・・(1)
CTr_S=CTm_S−CT_S ・・・(2)
CTr_T=CTm_T−CT_T ・・・(3)
BX_U=CTm_R+CTm_S+CTm_T ・・・(4)
RW_U=CTr_R+CTr_S+CTr_T ・・・(5)
SW_U=BX_U−PW ・・・(6)
CTs_R=SW_U(CTr_R/RW_U) ・・・(7)
CTs_S=SW_U(CTr_S/RW_U) ・・・(8)
CTs_T=SW_U(CTr_T/RW_U) ・・・(9)
PW_R=CTm_R−CTs_R ・・・(10)
PW_S=CTm_S−CTs_S ・・・(11)
PW_T=CTm_T−CTs_T ・・・(12)
CTmi=CTi(100.0/MVi) ・・・(13)
CTri=CTmi−CTi ・・・(14)
BX=ΣCTmi=CTm1+CTm2+・・・+CTmn ・・・(15)
RW=ΣCTri=CTr1+CTr2+・・・+CTrn ・・・(16)
SW=BX−PW_R ・・・(17)
CTsi=SW(CTri/RW) ・・・(18)
OHi={1.0−(CTsi/CTmi)}100.0[%] ・・・(19)
なお、BX<PW_R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。
R相グループの各制御ループLiの制御量PVi(温度)は、制御ループLiの温度センサSiによって測定され、制御量PVi入力部51R−iを介してPID制御演算部52R−iに入力される(図5ステップS210)。
MVi=(100/PBi){1+(1/TIis)+TDis}(SPi−PVi)
・・・(20)
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。
IF MVi>OHi THEN MVi=OHi ・・・(21)
すなわち、出力上限処理部53R−iは、操作量MViが制御ループLiの操作量出力上限値OHiより大きい場合、操作量MVi=OHiとする上限処理を行なう。
次に、本発明の第2の実施例について説明する。本実施例は、上記発明の原理1、発明の原理3に対応する例である。本実施例においても、電力総和抑制制御装置全体の構成は第1の実施例と同様であるので、図1の符号を用いて説明する。図6は本実施例に係る相別割当総電力算出部の構成を示すブロック図であり、図2と同一の構成には同一の符号を付してある。
相別割当総電力算出部3aの割当総電力入力部10と電力値取得部11R,11S,11Tの動作(図4ステップS100,S101)は、第1の実施例で説明したとおりである。
また、図4の例では、割当総電力PWの情報を1回だけ受信するようになっているが、上位PC103は必要に応じて情報を送信し、これにより割当総電力PWの値が随時更新されるようになっていてもよい。
Claims (8)
- 三相交流のR相、S相、T相のいずれかを使用する各制御系統について、R相、S相、T相別に制御ループの構成を示すグルーピング情報を予め記憶するグルーピング情報記憶部と、
各相の制御ループの最大出力時の総消費電力値を相別に規定する最大出力時総消費電力値と現在の相別の総消費電力値と前記グルーピング情報とに基づいて、各相の制御ループの総消費電力値を相別に規定する相別割当総電力を、三相間の電力バランスが維持されるように算出する相別割当総電力算出部と、
この相別割当総電力算出部によって算出されたR相グループの前記相別割当総電力と前記グルーピング情報とを基にR相グループの制御ループの操作量出力上限値を操作してR相グループの制御ループの電力使用量を抑制する第1の電力抑制部と、
前記相別割当総電力算出部によって算出されたS相グループの前記相別割当総電力と前記グルーピング情報とを基にS相グループの制御ループの操作量出力上限値を操作してS相グループの制御ループの電力使用量を抑制する第2の電力抑制部と、
前記相別割当総電力算出部によって算出されたT相グループの前記相別割当総電力と前記グルーピング情報とを基にT相グループの制御ループの操作量出力上限値を操作してT相グループの制御ループの電力使用量を抑制する第3の電力抑制部とを備え、
前記相別割当総電力算出部は、
全ての制御ループの総消費電力値を規定する割当総電力の情報を受信する割当総電力入力部と、
R相グループの制御ループの現在の総消費電力値を取得する第1の電力値取得部と、
S相グループの制御ループの現在の総消費電力値を取得する第2の電力値取得部と、
T相グループの制御ループの現在の総消費電力値を取得する第3の電力値取得部と、
相別の前記最大出力時総消費電力値と前記第1、第2、第3の電力値取得部によって取得された現在の相別の総消費電力値とに基づいて各相の制御ループの電力余裕を相別に算出し、この電力余裕が各相で公平な状態に近づくように、前記電力余裕の総和に対する各相の制御ループの電力余裕の比率と前記割当総電力入力部によって受信された割当総電力の値とに基づいて前記相別割当総電力を算出する相計電力抑制部とを備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。 - 請求項1記載の電力総和抑制制御装置において、
前記相計電力抑制部は、
R相グループの制御ループの前記最大出力時総消費電力値を取得する第1の最大出力時電力値取得部と、
S相グループの制御ループの前記最大出力時総消費電力値を取得する第2の最大出力時電力値取得部と、
T相グループの制御ループの前記最大出力時総消費電力値を取得する第3の最大出力時電力値取得部と、
R相グループの前記最大出力時総消費電力値とR相グループの現在の前記総消費電力値とに基づいてR相グループの制御ループの電力余裕を算出する第1の電力余裕算出部と、
S相グループの前記最大出力時総消費電力値とS相グループの現在の前記総消費電力値とに基づいてS相グループの制御ループの電力余裕を算出する第2の電力余裕算出部と、
T相グループの前記最大出力時総消費電力値とT相グループの現在の前記総消費電力値とに基づいてT相グループの制御ループの電力余裕を算出する第3の電力余裕算出部と、
各相の前記最大出力時総消費電力値の総和である相計最大総電力を算出する相計最大総電力算出部と、
各相の前記電力余裕の総和である相計電力余裕総量を算出する相計電力余裕総量算出部と、
各相の制御ループの削減すべき電力の総和である相計電力削減総量を、前記相計最大総電力と前記割当総電力とに基づいて算出する相計電力削減総量算出部と、
R相グループの制御ループで削減すべき電力である電力削減割当量を、R相グループの前記電力余裕と前記相計電力余裕総量と前記相計電力削減総量とに基づいて算出する第1の電力削減割当量算出部と、
S相グループの制御ループで削減すべき電力である電力削減割当量を、S相グループの前記電力余裕と前記相計電力余裕総量と前記相計電力削減総量とに基づいて算出する第2の電力削減割当量算出部と、
T相グループの制御ループで削減すべき電力である電力削減割当量を、T相グループの前記電力余裕と前記相計電力余裕総量と前記相計電力削減総量とに基づいて算出する第3の電力削減割当量算出部と、
R相グループの前記最大出力時総消費電力値とR相グループの前記電力削減割当量とに基づいてR相グループの前記相別割当総電力を算出する第1の割当総電力算出部と、
S相グループの前記最大出力時総消費電力値とS相グループの前記電力削減割当量とに基づいてS相グループの前記相別割当総電力を算出する第2の割当総電力算出部と、
T相グループの前記最大出力時総消費電力値とT相グループの前記電力削減割当量とに基づいてT相グループの前記相別割当総電力を算出する第3の割当総電力算出部とを備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。 - 請求項2記載の電力総和抑制制御装置において、
前記第1の最大出力時電力値取得部は、R相以外のS相グループの制御ループの総消費電力の過去の実績値およびT相グループの制御ループの総消費電力の過去の実績値のうちの最小値に、許容できる相間電力差を加算した既知の値または許容できる倍率を乗じた既知の値を、R相グループの前記最大出力時総消費電力値として取得し、
前記第2の最大出力時電力値取得部は、S相以外のR相グループの制御ループの総消費電力の過去の実績値およびT相グループの制御ループの総消費電力の過去の実績値のうちの最小値に、前記相間電力差を加算した既知の値または前記倍率を乗じた既知の値を、S相グループの前記最大出力時総消費電力値として取得し、
前記第3の最大出力時電力値取得部は、T相以外のR相グループの制御ループの総消費電力の過去の実績値およびS相グループの制御ループの総消費電力の過去の実績値のうちの最小値に、前記相間電力差を加算した既知の値または前記倍率を乗じた既知の値を、T相グループの前記最大出力時総消費電力値として取得することを特徴とする電力総和抑制制御装置。 - 請求項2記載の電力総和抑制制御装置において、
前記第1の最大出力時電力値取得部は、R相以外のS相グループの現在の前記総消費電力値およびT相グループの現在の前記総消費電力値のうちの最小値に、許容できる相間電力差を加算した値または許容できる倍率を乗じた値を、R相グループの前記最大出力時総消費電力値として決定し、
前記第2の最大出力時電力値取得部は、S相以外のR相グループの現在の前記総消費電力値およびT相グループの現在の前記総消費電力値のうちの最小値に、前記相間電力差を加算した値または前記倍率を乗じた値を、S相グループの前記最大出力時総消費電力値として決定し、
前記第3の最大出力時電力値取得部は、T相以外のR相グループの現在の前記総消費電力値およびS相グループの現在の前記総消費電力値のうちの最小値に、前記相間電力差を加算した値または前記倍率を乗じた値を、T相グループの前記最大出力時総消費電力値として決定することを特徴とする電力総和抑制制御装置。 - 請求項1乃至4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、
前記第1の電力抑制部、前記第2の電力抑制部、前記第3の電力抑制部の各々は、
前記相別割当総電力算出部が算出した相別割当総電力のうち対応するグループの相別割当総電力の情報を受信する相別割当総電力入力部と、
対応するグループの各制御ループの現在の消費電力値を取得するループ別電力値取得部と、
このループ別電力値取得部によって取得された現在の消費電力値に基づいて対応するグループの各制御ループの電力余裕を算出し、この電力余裕が各制御ループで公平な状態に近づくように、前記電力余裕の総和に対する各制御ループの電力余裕の比率と対応するグループの前記相別割当総電力の値とに基づいて、対応するグループの各制御ループの操作量出力上限値を算出する操作量出力上限値操作部とをそれぞれ備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。 - 請求項5記載の電力総和抑制制御装置において、
前記第1の電力抑制部、前記第2の電力抑制部、前記第3の電力抑制部の操作量出力上限値操作部の各々は、
対応するグループの各制御ループの最大出力時の総消費電力値を規定する最大出力時消費電力値を取得するループ別最大出力時電力値取得部と、
前記ループ別最大出力時電力値取得部によって取得された前記最大出力時消費電力値と前記ループ別電力値取得部によって取得された現在の前記消費電力値とに基づいて対応するグループの各制御ループの電力余裕を算出するループ別電力余裕算出部と、
対応するグループの各制御ループの前記最大出力時消費電力値の総和である最大総電力を算出する最大総電力算出部と、
対応するグループの各制御ループの電力余裕の総和である電力余裕総量を算出する電力余裕総量算出部と、
対応するグループで削減すべき電力である電力削減総量を、前記最大総電力算出部によって算出された前記最大総電力と対応するグループの前記相別割当総電力の値とに基づいて算出する電力削減総量算出部と、
対応するグループの各制御ループで削減すべき電力である電力削減割当量を、前記ループ別電力余裕算出部によって算出された前記電力余裕と前記電力余裕総量算出部によって算出された前記電力余裕総量と前記電力削減総量算出部によって算出された前記電力削減総量とに基づいて制御ループ毎に算出するループ別電力削減割当量算出部と、
このループ別電力削減割当量算出部によって算出された前記電力削減割当量と前記ループ別最大出力時電力値取得部によって取得された前記最大出力時消費電力値とに基づいて対応するグループの各制御ループの操作量出力上限値を算出する出力上限値算出部とをそれぞれ備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。 - 請求項1乃至6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、
R相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量を算出し、この操作量をR相グループの制御ループの前記操作量出力上限値以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量を対応するR相グループの制御ループのアクチュエータに出力する第1の制御部と、
S相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量を算出し、この操作量をS相グループの制御ループの前記操作量出力上限値以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量を対応するS相グループの制御ループのアクチュエータに出力する第2の制御部と、
T相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量を算出し、この操作量をT相グループの制御ループの前記操作量出力上限値以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量を対応するT相グループの制御ループのアクチュエータに出力する第3の制御部とをさらに備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。 - 三相交流のR相、S相、T相別に制御ループの構成を示すグルーピング情報を予め記憶するグルーピング情報記憶部を参照し、各相の制御ループの最大出力時の総消費電力値を相別に規定する最大出力時総消費電力値と現在の相別の総消費電力値と前記グルーピング情報とに基づいて、各相の制御ループの総消費電力値を相別に規定する相別割当総電力を、三相間の電力バランスが維持されるように算出する第1のステップと、
この第1のステップによって算出されたR相グループの前記相別割当総電力と前記グルーピング情報とを基にR相グループの制御ループの操作量出力上限値を操作してR相グループの制御ループの電力使用量を抑制する第2のステップと、
前記第1のステップによって算出されたS相グループの前記相別割当総電力と前記グルーピング情報とを基にS相グループの制御ループの操作量出力上限値を操作してS相グループの制御ループの電力使用量を抑制する第3のステップと、
前記第1のステップによって算出されたT相グループの前記相別割当総電力と前記グルーピング情報とを基にT相グループの制御ループの操作量出力上限値を操作してT相グループの制御ループの電力使用量を抑制する第4のステップとを含み、
前記第1のステップは、
全ての制御ループの総消費電力値を規定する割当総電力の情報を受信する第5のステップと、
R相グループの制御ループの現在の総消費電力値とS相グループの制御ループの現在の総消費電力値とT相グループの制御ループの現在の総消費電力値とを取得する第6のステップと、
相別の前記最大出力時総消費電力値と前記第6のステップで取得した現在の相別の総消費電力値とに基づいて各相の制御ループの電力余裕を相別に算出し、この電力余裕が各相で公平な状態に近づくように、前記電力余裕の総和に対する各相の制御ループの電力余裕の比率と前記第5のステップで受信した割当総電力の値とに基づいて前記相別割当総電力を算出する第7の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。
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