JP7126101B2 - 保安工場選択のガイダンス装置、保安工場選択のガイダンス方法、及び工場の操業方法 - Google Patents

保安工場選択のガイダンス装置、保安工場選択のガイダンス方法、及び工場の操業方法 Download PDF

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Description

本発明は、保安工場選択のガイダンス装置、保安工場選択のガイダンス方法、及び工場の操業方法に関する。
工場のエネルギー管理プロセスでは、工場の電力需給を把握することにより、電力価格に応じたエネルギー運用によって買電量を削減したり、発電電力の余剰分を電力会社へ売電したりする等の管理が実施されている。一方で、電力会社等の外部から供給される電源が停電又は脱落した時（以下、電源脱落と呼ぶ）には、エネルギー供給量が低下することから自系統を停電させない安定運用が求められ、工場の生産能力を低下させたり、工場の稼働を停止させたりする等の対策が必要となる。このような背景から、特許文献１には、電源脱落時に自家発電によって供給可能な電力範囲内に収まるように圧延工場の稼働を制御する方法が提案されている。
特開昭６１－２２１５３５号公報
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、特定工場の稼働が著しく制限されるだけでなく、特定工場の稼働制御だけでは自家発電によって供給可能な電力範囲内に収めることができない可能性がある。また、売電単価によっては工場を停止させ売電を優先することもあり得る。このため、自系統全体として工場の保安運用計画（電力需給に応じて工場の稼働・非稼働を決める。このとき、稼働させる工場を保安工場と呼ぶ）を作成できることが望ましい。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電力供給が可能な範囲に収まるように工場の保安運用計画を算出し、稼働工場又は非稼働工場の組合せを提示可能な保安工場選択のガイダンス装置及びガイダンス方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、電力供給が可能な電力範囲に収まるように工場を操業可能な工場の操業方法を提供することにある。
本発明に係る保安工場選択のガイダンス装置は、電力系統内の複数の工場の保安運用計画を提示するための停電時の稼働工場である保安工場選択のガイダンス装置であって、工場の使用電力量が所定条件を満足するように、前記工場の電力需給の計画値から所定期間内における稼働工場又は非稼働工場の組み合わせを算出し、算出された組み合わせに関する情報を提示する提示手段を備える。
前記提示手段は、前記所定期間内において工場の稼働状態を変更する回数を抑制する制約条件に従って、前記組み合わせを算出するとよい。
前記複数の工場は、稼働する工場のグループ、稼働を停止する工場のグループ、及びその他の工場のグループに事前に分類されており、前記提示手段は、その他の工場のグループに分類されている工場について、稼働工場又は非稼働工場の組み合わせを算出するとよい。
本発明に係る保安工場選択のガイダンス方法は、電力系統内の複数の工場の保安運用計画を提示するための停電時の稼働工場である保安工場選択のガイダンス方法であって、工場の使用電力量が所定条件を満足するように、前記工場の電力需給の計画値から所定期間内における稼働工場又は非稼働工場の組み合わせを算出し、算出された組み合わせに関する情報を提示するステップを含む。
本発明に係る工場の操業方法は、本発明に係る保安工場選択のガイダンス方法によって提示された稼働工場又は非稼働工場の組み合わせに関する情報に従って工場を操業するステップを含む。
本発明に係る保安工場選択のガイダンス装置及びガイダンス方法によれば、電力供給が可能な電力範囲に収まるように工場の保安運用計画を算出し、稼働工場又は非稼働工場の組合せを提示することができる。また、本発明に係る工場の操業方法によれば、電力供給が可能な電力範囲に収まるように工場を操業することができる。
図１は、本発明の一実施形態である保安工場選択のガイダンス装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態であるガイダンス処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、工場の稼働・非稼働の変更回数の一例を示す図である。 図４は、工場の稼働・非稼働の選択状況の一例を示す図である。 図５は、工場の稼働・非稼働の選択状況の一例を示す図である。 図６は、工場の稼働・非稼働の選択状況の一例を示す図である。 図７は、ガイダンス画面の一例を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である保安工場選択のガイダンス装置について説明する。
〔構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である保安工場選択のガイダンス装置の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態である保安工場選択のガイダンス装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である保安工場選択のガイダンス装置１は、製鉄所の電力系統内における複数の工場の保安運用計画を作成、提示する装置であり、パーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の情報処理装置によって構成されている。本実施形態では、保安工場選択のガイダンス装置１は、入力部２、データベース（ＤＢ）３、演算部４、及び表示部５を備えている。
入力部２は、演算部４に対する操作入力手段であり、例えばキーボード、マウスポインタ、テンキー等の入力装置によって構成されている。入力部２は、操作入力信号を演算部４に出力する。
データベース３は、演算部４が読み出し可能な形態で管理対象である複数の工場の電力需給計画に関する情報を格納している。
演算部４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等からなるプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等からなるメモリ（主記憶部）と、によって構成されている。演算部４は、コンピュータプログラムを主記憶部の作業領域にロードして実行し、コンピュータプログラムの実行を通じて各構成部等を制御することにより、所定の目的に合致した機能を実現する。
表示部５は、液晶ディスプレイ装置等の汎用の表示装置によって構成され、演算部４からの制御信号に従って各種情報を表示出力する。
このような構成を有する保安工場選択のガイダンス装置１は、以下に示すガイダンス処理を実行することにより、電力供給が可能な電力範囲に収まるように工場の保安運用計画を算出し、稼働工場又は非稼働工場の組合せをオペレータに提示する。以下、図２に示すフローチャートを参照して、このガイダンス処理を実行する際の保安工場選択のガイダンス装置１の動作について説明する。
〔ガイダンス処理〕
図２は、本発明の一実施形態であるガイダンス処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、入力部２を介してガイダンス処理の実行指令及び設定値が入力されたタイミングで開始となり、ガイダンス処理はステップＳ１の処理に進む。
ステップＳ１の処理では、演算部４が、ＤＢ３から管理対象である工場の電力需給計画に関する情報を読み出し、読み出された情報に基づいて所定期間内における管理対象である工場の電力需給の計画値を登録する。なお、工場の電力需給の計画値は、予め定めた固定値や、製鉄所の圧延計画や製鋼計画に基づく回帰式によって求められた予測値等であってもよい。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、ガイダンス処理はステップＳ２の処理に進む。
ステップＳ２の処理では、演算部４が、入力部２から入力された設定値に基づいて、自家発電量の範囲内において、工場の使用電力量が最大の条件で所定期間内における工場の保安運用計画を作成することを設定する。なお、工場の使用電力量は必ずしも最大値を示す必要はなく、最大値に漸近する値であればよい。また、工場の使用電力量が最大の条件に加えて売電電力量が最大の条件を設定してもよい。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、ガイダンス処理はステップＳ３の処理に進む。
ステップＳ３の処理では、演算部４が、入力部２から入力された設定値に基づいて、例えば稼働する工場のグループ、稼働を停止する工場のグループ、その他の工場のグループ等のように工場をグループ化するか否かを判別する。判別の結果、工場をグループ化する場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、演算部４は、ガイダンス処理をステップＳ４の処理に進める。一方、工場をグループ化しない場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、演算部４は、ガイダンス処理をステップＳ５の処理に進める。
ステップＳ４の処理では、演算部４が、工場をグループ化する保安運用計画算出時の制約条件を設定する。制約条件の具体例は後述する。稼働する工場のグループ、稼働を停止する工場のグループ、及びその他の工場のグループに複数の工場を事前に分類しておき、その他の工場のグループに分類されている工場について稼働・非稼働の工場選択の組み合わせを算出することにより、稼働・非稼働の工場選択を容易にすることができる。
なお、稼働の優先度に応じて工場をグループ分けしてもよい。具体的には、製鉄所の高炉では原料を溶銑として出銑するが、高炉の稼働を一旦停止させると復旧に長い時間を要するため高炉の稼働は維持したい。また、高炉には電力だけでなく酸素も供給する必要があるため、酸素を不足させないために酸素プラントを稼働させておく必要がある。さらに、その供給を続けるために高炉送風機も稼働させておく必要がある。従って、高炉や酸素プラント、高炉送風機を稼働の優先度が高いグループに分類するようにしてもよい。同様に、転炉と連続鋳造機のように一方の設備を停止すると他方の設備の停止を余儀なくされるような一体運用の設備もある。こうような設備群であって、製鉄所の主要生産ラインに含まれる設備をまとめて稼働の優先度の高いグループに分類してよい。
また、電力変動の振幅や周期の大小に応じて工場をグループ分けしてもよい。具体的には、圧延工場では、連続鋳造されたスラブ等の半製品を圧延する際には電力使用量が多くなるが、アイドリング時には電力使用量は少なくなるため、電力変動は比較的短い周期で振幅が大きくなる。これに対して、常時一定で稼働する工場や事業所では、電力変動は比較的長い周期で振幅は小さくなる。従って、これらの工場をグループ化して一定電力の工場群として扱うようにしてもよい。
また、電力変動の振幅や周期が同程度で変動が逆位相となる２つの工場を同じグループに分類してもよい。具体的には、同じ電力系統で同規模の圧延工場において類似の圧延が交互になされると、見かけ上、一定電力を使用しているように見えるので平準化を期待することができる。従って、同じ電力系統で同規模の圧延工場を同じグループに分類するようにしてもよい。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、ガイダンス処理はステップＳ５の処理に進む。
ステップＳ５の処理では、演算部４が、入力部２から入力された設定値に基づいて、稼働・非稼働の工場選択の変更回数を抑制するか否かを判別する。判別の結果、稼働・非稼働の工場選択の変更回数を抑制する場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、演算部４は、ガイダンス処理をステップＳ６の処理に進める。一方、稼働・非稼働の工場選択の変更回数を抑制しない場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）、演算部４は、ガイダンス処理をステップＳ８の処理に進める。
ステップＳ６の処理では、演算部４が、稼働・非稼働の工場選択の変更回数を抑制する場合の保安運用計画算出時の制約条件を設定する。制約条件の具体例は後述する。稼働・非稼働の工場選択の変更回数を抑制することにより、工場の稼働／非稼働を切り換えるオペレータの労力を軽減することができる。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、ガイダンス処理はステップＳ７の処理に進む。
ステップＳ７の処理では、演算部４が、ステップＳ１の処理において登録された工場の電力需給の計画値を用いて、ステップＳ２の処理において設定された計算条件及び制約条件を満足する工場の保安運用計画を算出する。そして、演算部４は、算出された保安運用計画から所定期間内の時間帯における稼働・非稼働の工場選択の組合せを算出する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、ガイダンス処理はステップＳ９の処理に進む。
ステップＳ８の処理では、演算部４が、ステップＳ１の処理において登録された工場の電力需給の計画値を用いて、ステップＳ２の処理において設定された計算条件及び制約条件を満足する工場の保安運用計画を算出する。そして、演算部４は、算出された保安運用計画からある所定期間内の時間帯又はある時間断面（時点）における稼働・非稼働の工場選択の組合せを算出する。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、ガイダンス処理はステップＳ９の処理に進む。
ステップＳ９の処理では、演算部４が、ステップＳ７又はステップＳ８の処理において算出された稼働・非稼働の工場選択の組合せに関する情報（ガイダンス画面）を表示部５に表示する。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、一連のガイダンス処理は終了する。
〔実施例〕
本実施例では、外部からの電力供給が遮断されて停電が発生し、電力系統内の一部電源が脱落した場合において、自家発電量の範囲内において、工場の使用電力量が最大となるように稼働又は非稼働とする工場を選択する処理に本発明を適用した。なお、本実施例では、工場の電力使用量を正確に把握できる理想的な状況を想定して工場の電力値として実績値を用いた。そして、この前提のもと、（ａ）稼働・非稼働の工場選択の変更回数を抑制しない場合、（ｂ）稼働・非稼働の工場選択の変更回数を抑制するが工場のグループ化を実施しない場合、及び（ｃ）工場選択の変更回数を抑制して工場のグループ化を実施する場合の３つの場合に対して、整数計画問題を作成して稼働・非稼働の工場選択の組合せを算出した。
具体的には、（ａ）稼働・非稼働の工場選択の変更回数を抑制しない場合は以下の問題（ａ）を設定した。なお、本問題において売電電力量も考慮したい場合には、目的関数に売電電力量を示す項を追加すればよい。
問題（ａ）
目的関数：MinimizeΣｔ｛Σp自家発電量[t][p]－Σｉ工場選択[t][i]×工場電力量[t][i]｝
決定変数：工場選択[t][i]∈｛0,1｝（０：非選択（非稼働）、１：選択（稼働））
制約条件：工場電力量[t][i]＝実績値、目的関数≧0.1MWh
添え字： p：発電機名、i：工場名、t：時刻
また、（ｂ）稼働・非稼働の工場選択の変更回数を抑制するが工場のグループ化を実施しない場合には、問題（ａ）に以下の制約条件を追加した問題（ｂ）を設定した。以下に示す制約条件は、工場は稼働時間及び停止時間が４時間継続しない限り、稼働及び非稼働を切り換える工場として選択できないというものである。
稼働継続（４時間）：工場選択[t][i]－工場選択[t－1][i]≦工場選択[t+T][i],T∈｛1,2,3｝
停止継続（４時間）：工場選択[t－1][i]－工場選択[t][i]≦１－工場選択[t+T2][i],T2∈｛1,2,3｝
また、（ｃ）工場選択の変更回数を抑制して工場のグループ化を実施する場合には、問題（ｂ）に対し以下の制約条件を追加した問題（ｃ）を設定した。ここで、工場のグループ化は製鉄所の操業を実施する上で最低限必要と考えられる工場を優先するように行った。
・停電時に稼働：工場選択[t][j]=１、j∈Ａ＝製鉄所の主要工場＝｛高炉送風機、高炉、酸素センタ、焼結、転炉、AP、RH、連鋳、熱延、厚板、冷延｝
・停電時に非稼働：工場選択[t][j]=0、j∈Ｂ＝製鉄所の街灯等＝｛その他｝
・特定工場のグループ化：工場選択[t][k]＝工場選択[t][l]、k,l∈Ｃ＝事務所や子会社等＝｛子会社Ａ、子会社Ｂ、酸洗工場、中央事務所、分塊精整、シャフト炉｝
ある時間帯（２０時間分）における稼働・非稼働の工場選択の算出結果として、それぞれの場合における工場の稼働・非稼働の変更回数を図３に示す。（ａ）の場合には毎時工場の稼働・非稼働が変更されているが、（ｂ）の場合には（ａ）の場合より変更回数が約３０％低減、（ｃ）の場合には変更回数が約８０％低減されている。変更回数を低減することにより、運用者の負担を低減して作業効率を向上させることができる。また、それぞれの場合における工場選択状況を図４、図５、図６に示す。この実施例では、時刻０から時刻３に示される各工場の稼働・非稼働の状態を初期状態として、各ケースのその後の各時刻の工場の稼働・非稼働を示している。図４～６において、１は選択（稼働）、０は非選択（非稼働）を示している。初期状態としては任意の状態が想定されるが、ここでは全てが非選択の場合を想定している。斜線部分は稼働・非稼働の変更が発生している時点を示している。さらに、図７にガイダンス画面表示の一例を示す。運用者は図７に示すガイダンス画面を参照して工場の稼働状態を調整する。なお、図４，５の実施例は、工場間の関連を考慮しなくても良い場合を想定して工場の稼働・非稼働を選択している。実際には工場間の運用に相互依存の関係があり、同時に稼働・非稼働を選択しないと問題が起きる場合もある。そのような場合は、図７に示した（ｃ）のグループ化を実施すればよい。図７では、製鉄所の操業を実施するために必須の工場群を優先グループとして指定することにより、各工場の稼働のために必須となる処理を行う他の工場も含めて、各工場の稼働・非稼働を選択している。このため、製鉄所の同業ができなくなるような工場選択は行われず、製鉄所の操業が継続でき、電力供給か可能な範囲での工場の稼働・非稼働が選択できている。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
本発明によれば、電力供給が可能な範囲に収まるように工場の保安運用計画を算出し、稼働工場又は非稼働工場の組合せを提示可能な保安工場選択のガイダンス装置及びガイダンス方法を提供することができる。また、本発明によれば、電力供給が可能な電力範囲に収まるように工場を操業可能な工場の操業方法を提供することができる。
１ 保安工場選択のガイダンス装置
２ 入力部
３ データベース（ＤＢ）
４ 演算部
５ 表示部

Claims (4)

  1. 電力系統内の複数の工場の保安運用計画を提示するための停電時の稼働工場である保安工場選択のガイダンス装置であって、
    工場の使用電力量が所定条件を満足するように、前記工場の電力需給の計画値から所定期間内における稼働工場又は非稼働工場の組み合わせを算出し、算出された組み合わせに関する情報を提示する提示手段を備え、
    前記提示手段は、前記所定期間内において工場の稼働状態を変更する回数を抑制する制約条件に従って、前記組み合わせを算出する、保安工場選択のガイダンス装置。
  2. 前記複数の工場は、稼働する工場のグループ、稼働を停止する工場のグループ、及びその他の工場のグループに事前に分類されており、前記提示手段は、その他の工場のグループに分類されている工場について、稼働工場又は非稼働工場の組み合わせを算出する、請求項１に記載の保安工場選択のガイダンス装置。
  3. 電力系統内の複数の工場の保安運用計画を提示するための停電時の稼働工場である保安工場選択のガイダンス方法であって、
    工場の使用電力量が所定条件を満足するように、前記工場の電力需給の計画値から所定期間内における稼働工場又は非稼働工場の組み合わせを算出し、算出された組み合わせに関する情報を提示するステップを含み、
    前記ステップは、前記所定期間内において工場の稼働状態を変更する回数を抑制する制約条件に従って、前記組み合わせを算出するステップを含む、保安工場選択のガイダンス方法。
  4. 請求項３に記載の保安工場選択のガイダンス方法によって提示された稼働工場又は非稼働工場の組み合わせに関する情報に従って工場を操業するステップを含む、工場の操業方法。
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