JP7341832B2

JP7341832B2 - 予測装置および予測装置の制御方法

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Publication number: JP7341832B2
Application number: JP2019181170A
Authority: JP
Inventors: 貴之杉本
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2023-09-11
Anticipated expiration: 2039-10-01
Also published as: JP2021056920A

Description

本発明は、予測装置および予測装置の制御方法に関する。

建物の省エネ、省コストを実現するためには、建物の最適な設備運転計画を立案することが重要である。この時、設備運転計画の精度は電力・熱量需要予測の精度に依存するため、高精度な需要予測が求められている。例えば、予測日における建物によって消費される電力・熱量を表す需要予測値を算出する予測処理部を備えた運転管理装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１２－２１０１５１号公報

従来の予測処理部では、予測日の前日において、翌日（予測日）の需要予測を行い、その需要予測結果を用いて翌日の設備運転計画を立案することが考えられる。
しかしながら、当日の建物利用の予定変更などにより、前日における予測値は、実績値との乖離が大きい場合が多い。そのため、設備運転計画の精度が悪化しないように、予測日当日においては、予測値と実績値のずれを補正することが望ましい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、予測値と実績値との乖離を小さくするための予測値の補正を行う予測装置および予測装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、建物に設けられた負荷に消費される電力または熱量を予測した値である需要予測値、および前記負荷によって消費された需要電力または需要熱量の実績値に基づいて、前記需要予測値の補正を、予測日における第１の所定の期間毎に行う予測装置であって、補正前の前記第１の所定の期間×ｎ（ｎは自然数）で表す積算時間帯における前記需要予測値を積算して予測積算量を算出し、前記積算時間帯における前記実績値を積算して実績積算量を算出する積算量算出部と、前記実績積算量を前記予測積算量で除算し、除算後の値に、補正前の第２の所定期間に基づいて設定される調整係数を乗算して、補正係数を算出する補正係数算出部と、補正を行う対象の前記需要予測値に前記補正係数を乗算して前記需要予測値の補正を行う補正部と、を備えることを特徴とする予測装置である。

また、本発明の一態様は、上記予測装置であって、前記補正係数算出部は、前記第２の所定期間で表す第２の積算時間帯における前記実績値を積算して算出される第２の実績積算量を、前記第２の積算時間帯における前記補正係数を乗算して得られた補正後の需要予測値を積算して算出される第２の予測積算量で除算して、前記調整係数を算出することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記予測装置であって、前記補正係数算出部は、前記調整係数を前記第２の積算時間帯が経過する毎に更新することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記予測装置であって、前記補正係数算出部は、前記補正係数の上限値を、前記積算時間帯における前記実績値のうちの最大値である実績最大値を、前記需要予測値で除算して算出し、前記補正係数の下限値を、前記積算時間帯における前記実績値のうちの最小値である実績最小値を、前記需要予測値で除算して算出し、前記補正係数が前記補正係数の上限値以下であり、かつ、前記補正係数の下限値以上である場合、前記補正係数を補正係数とし、前記補正係数が前記補正係数の上限値より大きい場合、前記補正係数の上限値を補正係数とし、前記補正係数が前記補正係数の下限値より小さい場合、前記補正係数の下限値を補正係数とすることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、建物に設けられた負荷に消費される電力または熱量を予測した値である需要予測値、および前記負荷によって消費された需要電力または需要熱量の実績値に基づいて、前記需要予測値の補正を、予測日における第１の所定の期間毎に行う予測装置の制御方法であって、積算量算出部が、補正前の前記第１の所定の期間×ｎ（ｎは自然数）で表す積算時間帯における前記需要予測値を積算して予測積算量を算出し、前記積算時間帯における前記実績値を積算して実績積算量を算出する積算量算出工程と、補正係数算出部が、前記実績積算量を前記予測積算量で除算し、除算後の値に、補正前の第２の所定期間に基づいて設定される調整係数を乗算して、補正係数を算出する補正係数算出工程と、補正部が、補正を行う対象の前記需要予測値に前記補正係数を乗算して前記需要予測値の補正を行う補正工程と、を備えることを特徴とする予測装置の制御方法である。

本発明によれば、予測値と実績値との乖離を小さくするための予測値の補正を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る予測装置の構成例を示す構成図である。図１に示す予測装置が需要予測値の補正する方法を説明するための模式図である。図１に示す予測装置の補正係数を求める際の動作を説明するための図である。図１に示す予測装置の動作例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る予測装置１０の構成例を示す構成図である。図１に示す予測装置１０は、建物に設けられた負荷に消費される電力または熱量を予測した値である需要予測値、および負荷によって消費された需要電力または需要熱量の実績値に基づいて、需要予測値の補正を、予測日における第１の所定の期間毎に行う。
ここで、建物に設けられた負荷としては、例えば、作業設備機器、空調熱源設備機器である。作業設備機器は、ＰＣ（Personal Computer）、照明機器、ＯＡ（Office Automation）機器などを含む。また、空調熱源設備機器は、空調熱源機、外調機、空調機、熱循環機構、パッケージ空調機などを含む。

予測装置１０は、コンピュータが有するハードウェアとソフトウェアとの組み合わせから構成される機能的要素として、入力部２０と、予測処理部３０と、を有する。

入力部２０は、図示していない建物の運転管理装置（例えば、特許文献１に記載の運転管理装置、以下「外部」という）に接続されている。入力部２０は、外部から、建物に消費される電力または熱量を表す需要予測値（以下、「需要予測値」という）、建物に消費された需要電力または需要熱量の実績値（以下、「実績値」という）を取り込む。また、予測処理部３０は、需要予測値を補正して、補正後の需要予測値を外部へ出力する。

ここで，前提条件として、予測処理部３０が、需要予測値を補正する際に、用いる需要予測値と実績値のデータ刻みは１０分（第１の所定期間）単位とする。すなわち、予測処理部３０は、１０分（第１の所定期間）毎に実績値、需要予測値に基づく補正を実施する。もちろん、データ刻みが３０分単位の場合は、３０分毎に補正を実施してもよい。
図２は、図１に示す予測装置１０が需要予測値の補正する方法を説明するための模式図である。図２は、第１の所定期間が１０分である場合の予測値（需要予測値）、実績値、および補正後の予測値（補正後の需要予測値）の時間変化を表している。
図２に示すように、予測装置１０は、予測日の１０：００に３０分前までの（補正実行時点前の）予測値（９：３０、９：４０、９：５０における予測値）と実績値（９：３０、９：４０、９：５０における実績値）の積算値の比（補正係数）を、１０：００（補正実行時点）の予測値に掛ける（乗算する）ことにより、予測日の１０：００（補正実行時点）での補正後の予測値を算出する。

以下、より具体的に、予測処理部３０が、需要予測値を補正して、補正後の需要予測値を算出する手法について説明する。
予測処理部３０は、積算量算出部３１と、補正係数算出部３２と、補正部３３と、を含んで構成される。

積算量算出部３１は、需要予測値の積算Ｐ０、実績値の積算Ｐ１を求める。Ｐ０、Ｐ１の積算時間帯は、補正実行時点前の第１の所定の期間×ｎ（ｎは自然数）で表す積算時間帯である。ここでは、例えば、補正実行時点前の１０分（第１の所定の期間）×３＝３０分前（データ数３：設定パラメータ）までのデータを使用する。
すなわち、積算量算出部３１は、補正実行時点前の第１の所定の期間×ｎ（ｎは自然数）で表す積算時間帯における需要予測値を積算して予測積算量Ｐ０を算出し、当該積算時間帯における実績値を積算して実績積算量Ｐ１を算出する。ここで、本実施形態においては、ｎ＝３としているが、ｎ＝１、２、４、５、…などの他の値により、予測積算量、実績積算量を算出してもよい。

補正係数算出部３２は、以下の計算式より補正係数Ｋ（本実施形態においては１０分（第１の所定期間）ごとに更新される値である）を求める。
Ｋ＝Ｐ１÷Ｐ０×調整係数
すなわち、補正係数算出部３２は、実績積算量Ｐ０を予測積算量Ｐ１で除算し、除算後の値に、補正実行時点前の第２の所定期間に基づいて設定される調整係数を乗算して、補正係数Ｋを算出する。

ここで、上記式における調整係数は、予測積算量Ｐ０と実績積算量Ｐ１が大きく乖離しないための設定パラメータである。
調整係数は、以下の計算式により求め、例えば１週間に１回更新する。
調整係数＝過去（補正実行時点前の第２の積算時間帯）の実績積算量Ｐ１’÷過去（補正実行時点前の第２の積算時間帯）の補正後の予測積算量Ｐ０’
ここで、第２の積算時間帯とは、第２の所定期間（第１の所定期間×ｍ（ｍは自然数））で表す積算時間帯である。例えば、本実施形態においては第１の所定期間＝１０分であるので、ｍ＝６×２４×７とすることで、第２の所定期間で表す第２の積算時間帯は、１週間となる。
また、実績積算量Ｐ１’（第２の実績積算量）は、第２の積算時間帯における実績値を積算して算出される。
また、予測積算量Ｐ０’（第２の予測積算量）は、第２の積算時間帯における補正係数を乗算して得られた補正後の需要予測値を積算して算出される。
すなわち、補正係数算出部３２は、第２の所定期間で表す第２の積算時間帯における実績値を積算して算出される第２の実績積算量を、第２の積算時間帯における補正係数Ｋを乗算して得られた補正後の需要予測値を積算して算出される第２の予測積算量で除算して、調整係数を算出する。
また、補正係数算出部３２は、調整係数を第２の積算時間帯が経過する毎に更新する。

また、上述した補正係数に上下限値（上限値、下限値）を設けないと、補正後の需要予測値が実績値より極端に大きく、または小さくなることがある。そのため、補正係数に上下限値を設ける。
図３は、図１に示す予測装置１０の補正係数を求める際の動作を説明するための図である。図３は、予測日全日の実績値と、予測値（補正後の予測値）とを、調整係数を１．０２に設定して、算出したものである。図３において、上図が、上限値がない場合、下図が、上限値がある場合の算出後の値を示している。図中〇で囲んだ部分に着目すると、補正係数に上限値を設けないと、補正後の需要予測値が実績値より極端に大きくなることが判る。
そこで、以下の計算式より、補正係数の上下限値（１０分毎更新）を求める。また、補正係数が上限値以下、下限値以上の場合はそのままで、上限値以上の場合は上限値の数値、下限値以下の場合は下限値の数値とする。
上限値＝３０分前（データ数３：設定パラメータ）までの実績最大値÷補正実行時点の補正前予測値
下限値＝３０分前（データ数３：設定パラメータ）までの実績最小値÷補正実行時点の補正前予測値
すなわち、補正係数算出部３２は、補正係数Ｋの上限値を、積算時間帯における実績値のうちの最大値である実績最大値を、補正実行時点の需要予測値で除算して算出する。また、補正係数算出部３２は、補正係数Ｋの下限値を、積算時間帯における実績値のうちの最小値である実績最小値を、補正実行時点の需要予測値で除算して算出する。また、補正係数算出部３２は、補正係数Ｋが補正係数の上限値以下であり、かつ、補正係数の下限値以上である場合、補正係数Ｋを補正係数Ｋとし、補正係数Ｋが補正係数の上限値より大きい場合、補正係数の上限値を補正係数Ｋとし、補正係数Ｋが補正係数の下限値より小さい場合、補正係数の下限値を補正係数Ｋとする。

補正部３３は、補正前予測値（補正実行時点の需要予測値）をＹ、補正後予測値（補正後の需要予測値）をＷとし、以下の計算式より予測値を補正する。
Ｗ=Ｙ×Ｋ
すなわち、補正部３３は、補正を行う対象の需要予測値Ｙに補正係数Ｋを乗算して需要予測値の補正を行う。

次に、図４を参照して、図１に示す予測装置１０の動作例について説明する。図４は、図１に示す予測装置１０の動作例を示すフローチャートである。
実績値、及び需要予測値の取り込みを行う（ステップＳＴ１）。
具体的には、入力部２０は、外部から、建物に消費される電力または熱量を表す需要予測値、建物に消費された需要電力または需要熱量の実績値を取り込む。

予測積算量、及び実績積算量の算出を行う（ステップＳＴ２）。
具体的には、積算量算出部３１は、補正実行時点前の第１の所定の期間×ｎ（ｎは自然数）で表す積算時間帯における需要予測値を積算して予測積算量Ｐ０を算出し、積算時間帯における実績値を積算して実績積算量Ｐ１を算出する。

補正係数の算出を行う（ステップＳＴ３）。
具体的には、補正係数算出部３２は、実績積算量Ｐ１を予測積算量Ｐ０で除算し、除算後の値に、補正実行時点前の第２の所定期間に基づいて設定される調整係数を乗算して、補正係数Ｋを算出する。

補正係数の上限値、下限値の算出を行う（ステップＳＴ４）。
具体的には、補正係数算出部３２は、補正係数の上限値を、積算時間帯における実績値のうちの最大値である実績最大値を、補正実行時点の需要予測値で除算して算出し、補正係数の下限値を、積算時間帯における実績値のうちの最小値である実績最小値を、補正実行時点の需要予測値で除算して算出する。

補正係数が「補正係数の上限値≧補正係数≧補正係数の下限値」を満たすか否かの判定を行う（ステップＳＴ５）。
具体的には、補正係数算出部３２は、補正係数Ｋが前記補正係数の上限値以下であり、かつ、補正係数の下限値以上であるか否かを判定する。

判定結果がＹｅｓの場合（ステップＳＴ５－Ｙｅｓ）、補正係数を維持する（ステップＳＴ６）。すなわち、補正係数算出部３２は、補正係数Ｋを補正係数Ｋとする。
一方、判定結果がＮｏの場合（ステップＳＴ５－Ｎｏ）、補正係数を補正係数の上限値または補正係数の下限値とする（ステップＳＴ７）。すなわち、補正係数算出部３２は、補正係数Ｋが補正係数の上限値より大きい場合、補正係数の上限値を補正係数Ｋとし、補正係数Ｋが補正係数の下限値より小さい場合、補正係数の下限値を補正係数Ｋとする。

需要予測値を補正係数で補正する（ステップＳＴ８）。
具体的には、補正部３３は、補正実行時点の需要予測値に補正係数Ｋを乗算して需要予測値の補正を行う。また、補正部３３は、需要予測値に補正係数Ｋを乗算して得られる補正後の需要予測値を外部に出力する。

以上のように、本実施形態の予測装置１０によれば、建物利用の予定変更などによる当日の負荷パターンの変化に対応でき、予測精度の悪化を防ぐことができる。また、本実施形態の予測装置１０を用いることにより、補正後の予測値が更新されるタイミングで、設備運転計画を再計画することにより、高い精度を有する設備運転計画を立案することができ、建物の省エネ・節電に寄与することができる。

上述した実施形態における予測装置１０をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１０予測装置
２０入力部
３０予測処理部
３１積算量算出部
３２補正係数算出部
３３補正部

Claims

建物に設けられた負荷に消費される電力または熱量を予測した値である需要予測値、および前記負荷によって消費された需要電力または需要熱量の実績値に基づいて、前記需要予測値の補正を、予測日における第１の所定の期間毎に行う予測装置であって、
補正前の前記第１の所定の期間×ｎ（ｎは自然数）で表す積算時間帯における前記需要予測値を積算して予測積算量を算出し、前記積算時間帯における前記実績値を積算して実績積算量を算出する積算量算出部と、
前記実績積算量を前記予測積算量で除算し、除算後の値に、補正前の第２の所定期間に基づいて設定される調整係数を乗算して、補正係数を算出する補正係数算出部と、
補正を行う対象の前記需要予測値に前記補正係数を乗算して前記需要予測値の補正を行う補正部と、
を備えることを特徴とする予測装置。
前記補正係数算出部は、
前記第２の所定期間で表す第２の積算時間帯における前記実績値を積算して算出される第２の実績積算量を、前記第２の積算時間帯における前記補正係数を乗算して得られた補正後の需要予測値を積算して算出される第２の予測積算量で除算して、前記調整係数を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の予測装置。
前記補正係数算出部は、
前記調整係数を前記第２の積算時間帯が経過する毎に更新する
ことを特徴とする請求項２に記載の予測装置。
前記補正係数算出部は、
前記補正係数の上限値を、前記積算時間帯における前記実績値のうちの最大値である実績最大値を、前記需要予測値で除算して算出し、
前記補正係数の下限値を、前記積算時間帯における前記実績値のうちの最小値である実績最小値を、前記需要予測値で除算して算出し、
前記補正係数が前記補正係数の上限値以下であり、かつ、前記補正係数の下限値以上である場合、前記補正係数を補正係数とし、
前記補正係数が前記補正係数の上限値より大きい場合、前記補正係数の上限値を補正係数とし、
前記補正係数が前記補正係数の下限値より小さい場合、前記補正係数の下限値を補正係数とする
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の予測装置。
建物に設けられた負荷に消費される電力または熱量を予測した値である需要予測値、および前記負荷によって消費された需要電力または需要熱量の実績値に基づいて、前記需要予測値の補正を、予測日における第１の所定の期間毎に行う予測装置の制御方法であって、
積算量算出部が、補正前の前記第１の所定の期間×ｎ（ｎは自然数）で表す積算時間帯における前記需要予測値を積算して予測積算量を算出し、前記積算時間帯における前記実績値を積算して実績積算量を算出する積算量算出工程と、
補正係数算出部が、前記実績積算量を前記予測積算量で除算し、除算後の値に、補正前の第２の所定期間に基づいて設定される調整係数を乗算して、補正係数を算出する補正係数算出工程と、
補正部が、補正を行う対象の前記需要予測値に前記補正係数を乗算して前記需要予測値の補正を行う補正工程と、
を備えることを特徴とする予測装置の制御方法。