JP7381874B2 - 電力デマンド制御方法、電力デマンド制御装置およびプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、複数の電力消費設備への供給電力を制御する電力デマンド制御方法、およびそれに関連する技術に関する。
たとえば、製鉄所あるいは製鋼所などのように、複数の電力消費設備を備える電力需要家においては、電力会社との提携によって所定のデマンド周期内における契約電力が取り決められており、工場内には最大需要電力計（デマンド計）が設けられている。
デマンド計によって計測された総使用電力が契約電力を超過しないように、たとえば特許文献１では、複数の電力消費設備が第１電力消費設備と第２電力消費設備とに分割されるとともに、両者のデマンド予測値がそれぞれ求められて、両デマンド予測値の和が契約電力未満で且つ契約電力に近似するように電力消費設備への供給電力が制御されている。
ただし、上記の特許文献１に記載の技術には、デマンド予測値の予測精度に関して改善の余地がある。
そこで、本発明は、デマンド予測値の予測精度の向上を図ることが可能な電力デマンド制御方法、およびそれに関連する技術を提供することを課題とする。
（１）使用電力量が時間経過に略比例して増加する第１電力消費設備と、圧延処理を行うとともに、前記圧延処理に使用される電力量である圧延電力量が圧延条件に応じた負荷によって変動する第２電力消費設備と、を含む複数の電力消費設備への供給電力を制御する電力デマンド制御方法であって、所定のデマンド周期内に前記第１電力消費設備によって使用された第１実績使用電力量に基づいて、前記第１電力消費設備の第１デマンド予測値を求め、所定のデマンド周期内に前記第２電力消費設備によって使用された第２実績使用電力量と、前記圧延処理で圧延される鋼板の圧下量と前記鋼板の幅と前記鋼板の圧延速度との積である圧下体積流量に比例する予測圧延電力量とに基づいて、前記第２電力消費設備の第２デマンド予測値を求め、前記第１デマンド予測値と前記第２デマンド予測値との和が契約電力よりも低い目標値を超過した場合に、前記複数の電力消費設備のうち予め定められた電力消費設備への供給電力を制御することを特徴とする電力デマンド制御方法。
（２）使用電力量が時間経過に略比例して増加する第１電力消費設備と、圧延処理を行うとともに、前記圧延処理に使用される電力量である圧延電力量が圧延条件に応じた負荷によって変動する第２電力消費設備と、を含む複数の電力消費設備への供給電力を制御する電力デマンド制御装置であって、所定のデマンド周期内に前記第１電力消費設備によって使用された第１実績使用電力量に基づいて、前記第１電力消費設備の第１デマンド予測値を求める第１算出手段と、所定のデマンド周期内に前記第２電力消費設備によって使用された第２実績使用電力量と、前記圧延処理で圧延される鋼板の圧下量と前記鋼板の幅と前記鋼板の圧延速度との積である圧下体積流量に比例する予測圧延電力量とに基づいて、前記第２電力消費設備の第２デマンド予測値を求める第２算出手段と、前記第１デマンド予測値と前記第２デマンド予測値との和が契約電力未満で且つ前記契約電力よりも低い目標値を超過した場合に、前記複数の電力消費設備のうち予め定められた電力消費設備への供給電力を制御可能なデマンド制御手段と、を含むことを特徴とする電力デマンド制御装置。
（３）使用電力量が時間経過に略比例して増加する第１電力消費設備と、圧延処理を行うとともに、前記圧延処理に使用される電力量である圧延電力量が圧延条件に応じた負荷によって変動する第２電力消費設備と、を含む複数の電力消費設備への供給電力を制御する電力デマンド制御装置に内蔵されたコンピュータに、ａ）所定のデマンド周期内に前記第１電力消費設備によって使用された第１実績使用電力量に基づいて、前記第１電力消費設備の第１デマンド予測値を求めるステップと、ｂ）所定のデマンド周期内に前記第２電力消費設備によって使用された第２実績使用電力量と、前記圧延処理で圧延される鋼板の圧下量と前記鋼板の幅と前記鋼板の圧延速度との積である圧下体積流量に比例する予測圧延電力量とに基づいて、前記第２電力消費設備の第２デマンド予測値を求めるステップと、ｃ）前記第１デマンド予測値と前記第２デマンド予測値との和が契約電力よりも低い目標値を超過した場合に、前記複数の電力消費設備のうち予め定められた電力消費設備への供給電力を制御するステップと、を実行させるためのプログラム。
なお、上記（１）～（３）に記載の第１電力消費設備は、１つであってもよく、複数であってもよい。同様に、上記（１）～（３）に記載の第２電力消費設備も、１つであってもよく、複数であってもよい。
本願発明によれば、デマンド予測値の予測精度の向上を図ることが可能である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るデマンド制御装置１の系統図である。
たとえば冷間圧延工場内には、一定程度よりも少ない電力で稼働可能な小電力消費設備１１と多量の電力（一定程度よりも多い電力）を使用する大電力消費設備１２とを含む複数の電力消費設備１０が設けられている。小電力消費設備１１としては、各種プロセスラインおよび付帯設備などが例示され、大電力消費設備１２としては、圧延設備が例示される。
ここでは、小電力消費設備１１の使用電力量は、時間経過に略比例して増加するものとする。
圧延設備１２は、鋼板の圧延処理を行う設備である。当該圧延設備１２での圧延処理に使用される電力量は、圧延条件（圧延対象の鋼板の厚みＨ、幅Ｂおよび／または圧延速度Ｖ等）に応じた負荷によって変動（変化）する。圧延処理に使用される電力量は、圧延電力量などとも称される。
電力会社から配電線を介して供給される電力は受電端２に与えられ、受電端２からの電力は、取引計器用変成器３を経て変圧器（不図示）によって変圧されて、小電力消費設備１１および圧延設備１２等に給電（供給）される。
当該受電端２と取引計器用変成器３との間には遮断器４が介在しているとともに、取引計器用変成器３には取引用計器（ＷＨＭ）５が接続されている。そして、当該取引用計器５によって各電力消費設備１０の総使用電力が求められる（取得される）。
取引用計器５には、総使用電力を例えば１０ｋＷＨ（キロワットアワー）／パルスのパルス信号に変換するパルス発信器が設けられており、当該総使用電力に対応するパルス信号は、デマンド制御手段９に入力される。また、圧延設備１２と小電力消費設備１１とのそれぞれの使用電力はパルス発信器付電力量計６によって電力量変化として検出されてデマンド制御手段９に与えられる（入力される）。
また、圧延設備１２の使用電力は、プロセスコンピュータなどによって実現される信号処理手段７に与えられて信号処理され、当該信号処理手段７からの使用電力量に関連する関連情報は、デマンド制御手段９に与えられる。当該関連情報は、たとえば、圧延設備１２によって圧延される鋼板のコイル番号、圧延時間ＴＭ、圧延電力量Ｑｍおよび／または停止時間等である。
このように、デマンド制御手段９には、圧延設備１２の使用電力量（ｋＷＨ）と小電力消費設備１１の使用電力量とがそれぞれ入力（取得）される。
後述するように、デマンド制御手段９は、所定のデマンド周期ＤＰ（ここでは、３０分周期）内に小電力消費設備１１によって使用された実績使用電力量（使用電力量の実績値）Ｐａに基づいて、小電力消費設備１１のデマンド予測値Ｒａ（ｋＷ（キロワット））を求める。また、デマンド制御手段９は、当該所定のデマンド周期ＤＰ内に圧延設備１２によって使用された実績使用電力量Ｐｂ等に基づいて、圧延設備１２のデマンド予測値Ｒｂ（ｋＷ）を求める。なお、ここでは、デマンド制御手段９が、各デマンド予測値Ｒａ，Ｒｂを求める算出手段としても機能するものとする。
そして、デマンド制御手段９は、各デマンド予測値Ｒａ，Ｒｂの和Ｒ（＝Ｒａ＋Ｒｂ）が契約電力（ｋＷ）未満で且つ当該契約電力に近似するように、複数の電力消費設備１０のうち予め定められた電力消費設備への供給電力を制御する。たとえば、デマンド制御手段９は、当該契約電力よりも数％（たとえば３％）低い値である目標値をデマンド予測値Ｒが超過した際に、警報器８（ブザーまたは警報ランプ等）を動作させてオペレータ（操作者）に圧延設備１２での鋼板の圧延速度Ｖを減速させる。
なお、電力デマンド制御装置１には、ＣＰＵ等を備えるコンピュータ（コンピュータシステム）が内蔵されており、当該コンピュータにおいて所定のソフトウエアプログラムが実行されることによって、デマンド制御手段９等の処理部が実現される。
次に、図２を参照して、デマンド予測値Ｒ（＝Ｒａ＋Ｒｂ）の算出方法等について説明する。
図２において、
Ｔ０は、所定のデマンド周期ＤＰの開始時刻、
Ｔ１は、現在時刻（ここでは、次コイルの先端の溶接点が圧延設備１２直前の位置に到達した時刻）、
Ｔ２は、時刻Ｔ１から所定時間ΔＴ経過後の時刻（ここでは、次コイルの圧延処理の完了予想時刻）、
ＴＥは、所定のデマンド周期ＤＰの終了時刻、
Ｐａは、デマンド周期ＤＰ内において時刻Ｔ１の時点で（時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間に）小電力消費設備１１によって使用された実績使用電力量、
Ｐｂは、デマンド周期ＤＰ内において時刻Ｔ１の時点で圧延設備１２によって使用された実績使用電力量、
Ｑａは、時刻Ｔ２の時点で小電力消費設備１１によって使用される予測使用電力量、
Ｑｂは、時刻Ｔ２の時点で圧延設備１２によって使用される予測使用電力量、
Ｑｍ１は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間ΔＴ内に圧延設備１２での圧延処理に使用される予測圧延電力量、
Ｐｋは、デマンド周期ＤＰに対応する契約電力量（ここでは、契約電力／２）、
Ｑｋは、デマンド周期ＤＰでの目標電力量（たとえば、０．９７Ｐｋ）、
を示している。
Ｔ０は、所定のデマンド周期ＤＰの開始時刻、
Ｔ１は、現在時刻（ここでは、次コイルの先端の溶接点が圧延設備１２直前の位置に到達した時刻）、
Ｔ２は、時刻Ｔ１から所定時間ΔＴ経過後の時刻（ここでは、次コイルの圧延処理の完了予想時刻）、
ＴＥは、所定のデマンド周期ＤＰの終了時刻、
Ｐａは、デマンド周期ＤＰ内において時刻Ｔ１の時点で（時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間に）小電力消費設備１１によって使用された実績使用電力量、
Ｐｂは、デマンド周期ＤＰ内において時刻Ｔ１の時点で圧延設備１２によって使用された実績使用電力量、
Ｑａは、時刻Ｔ２の時点で小電力消費設備１１によって使用される予測使用電力量、
Ｑｂは、時刻Ｔ２の時点で圧延設備１２によって使用される予測使用電力量、
Ｑｍ１は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間ΔＴ内に圧延設備１２での圧延処理に使用される予測圧延電力量、
Ｐｋは、デマンド周期ＤＰに対応する契約電力量（ここでは、契約電力／２）、
Ｑｋは、デマンド周期ＤＰでの目標電力量（たとえば、０．９７Ｐｋ）、
を示している。
まず、小電力消費設備１１のデマンド予測値（デマンド周期ＤＰの終了時刻ＴＥでの最終デマンド予測値）Ｒａは、下記の式（１）によって求められる。
なお、式（１）の右辺の括弧内の数値に対して値「６０／ＤＰ」を乗じているのは、デマンド周期ＤＰ内の使用電力量（ｋＷＨ）を使用電力（ｋＷ）に換算するためである。ここでは、デマンド周期ＤＰが３０分であるため、式（１）の右辺の括弧内の数値が２倍（＝６０／３０）される。
また、圧延設備１２のデマンド予測値（最終デマンド予測値）Ｒｂは、下記の式（２）によって求められる。
式（２）のＱｍは、現在時刻Ｔ１からデマンド周期ＤＰの終了時刻ＴＥまでの期間（＝ＴＥ－Ｔ２）内に圧延設備１２によって使用される予測圧延電力量（ｋＷＨ）である。
詳細には、予測圧延電力量Ｑｍは、現在時刻Ｔ１からデマンド周期ＤＰの終了時刻ＴＥまでの間（デマンド周期ＤＰの残り時間内）に圧延設備１２に通板される複数のコイル（複数の圧延対象コイル）のそれぞれに関する圧延処理での予測圧延電力量Ｑｍｉ（ｉ＝１，...，ｎ（ｎは圧延対象コイルの数））の合計値である。
各コイルに関する予測圧延電力量Ｑｍｉは、次のようにして求められる。ここでは、現在時刻Ｔ１後における１番目（ｉ＝１）のコイル（次コイル）に関する予測圧延電力量Ｑｍ１について説明する。
まず、次コイルの圧延時間（予想圧延時間）ＴＭが、下記の式（３）を用いて求められる。なお、下記の式（３）のＬは次コイルの出側コイル長であり、Ｖは圧延速度である。
次に、次コイルに関する予測圧延電力量（次コイルの圧延処理に使用されると予測される電力量）Ｑｍ１が、下記の式（４）によって求められる。
上記の式（４）において、Ｆは圧下体積流量（次述）であり、Ｍは比例定数（後述）である。
圧下体積流量Ｆは、圧延処理で圧延される鋼板（圧延対象の鋼板）の圧下量ΔＨと当該鋼板の幅（短手方向の長さ）Ｂと当該鋼板の圧延速度Ｖとの積（＝ΔＨ×Ｂ×Ｖ）により算出される。圧下量ΔＨは、次コイルの入側厚みＨ１と出側厚みＨ２との差分（＝Ｈ２－Ｈ１）であり、所定の圧下率ｒによって求められる。
詳細には、圧延対象の鋼板の圧下量ΔＨと幅Ｂとの積（ΔＨ×Ｂ）は、圧延処理による当該鋼板の断面積（鋼板の移動方向を垂線とする断面の面積）の変化量であり、当該鋼板の圧下体積流量Ｆは、この変化量（ΔＨ×Ｂ）に圧延速度Ｖを乗じて得られる体積流量（ΔＨ×Ｂ×Ｖ）である。
圧延設備１２に電力が供給された結果として当該鋼板が圧延される（圧下量ΔＨ分の断面積変化が生じる）ことから、本願出願人は、次コイルの圧下体積流量Ｆは単位時間あたりの圧延設備１２の仕事（すなわち、電力（ｋＷ））に比例するとの思想を案出した。そして、これに上記の式（３）で求めた圧延時間ＴＭを乗じることによって、次コイルの圧延処理での予測圧延電力量Ｑｍ１（ｋＷＨ）が求められる。
なお、式（４）における比例定数Ｍは、データテーブルにおいて、鋼種およびロール肌毎（鋼種とロール肌との組合せ毎）に経験に基づいて予め定められている。たとえば、次コイルが第１の鋼種且つ第１のロール肌である場合は、データテーブルにおいて第１の鋼種と第１のロール肌との組合せに関して予め定められた比例定数Ｍが用いられる。
このようにして、次コイルの圧下体積流量Ｆに基づいて、次コイルに関する予測圧延電力量Ｑｍ１が求められる。
同様にして、現在時刻Ｔ１後における２番目（ｉ＝２）以降の圧延対象コイルに関しても予測圧延電力量Ｑｍｉが求められる。
そして、複数の圧延対象コイルのそれぞれに関する圧延処理での予測圧延電力量Ｑｍｉ（ｉ＝１，...，ｎ）の合計値Ｑｍが求められ、上記の式（２）を用いてデマンド予測値Ｒｂが求められる。
これにより、デマンド予測値Ｒ（＝Ｒａ＋Ｒｂ）を求めることができる。
以上のように、圧延処理で圧延される鋼板の圧下体積流量Ｆに比例する予測圧延電力量Ｑｍに基づいて、圧延設備１２のデマンド予測値Ｒｂが求められる。詳細には、圧下体積流量Ｆは、圧延処理にて圧延される鋼板の圧下量ΔＨと幅Ｂと圧延速度Ｖとの積であり、圧延対象のコイル（コイルの鋼種等）によって変動する。このような圧下体積流量Ｆが、現在時刻Ｔ１以降に圧延される複数の圧延対象コイルのそれぞれに関して求められ、各圧下体積流量Ｆに応じた予測圧延電力量Ｑｍｉが求められる。そして、その合計値Ｑｍに基づいて圧延設備１２のデマンド予測値Ｒｂが求められる。したがって、デマンド予測値Ｒの予測精度の向上を図ることが可能である。
以上説明した実施形態によれば、以下のような発明を提供することができる。
本発明の電力デマンド制御方法は、
使用電力量が時間経過に略比例して増加する第１電力消費設備（例えば、小電力消費設備１１）と、
圧延処理を行うとともに、前記圧延処理に使用される電力量である圧延電力量が圧延条件に応じた負荷によって変動する第２電力消費設備（例えば、圧延設備１２）と、
を含む複数の電力消費設備への供給電力を制御する電力デマンド制御方法であって、
所定のデマンド周期内に前記第１電力消費設備によって使用された第１実績使用電力量（例えば、実績使用電力量Ｐａ）に基づいて、前記第１電力消費設備の第１デマンド予測値（例えば、デマンド予測値Ｒａ）を求め、
所定のデマンド周期内に前記第２電力消費設備によって使用された第２実績使用電力量（例えば、実績使用電力量Ｐｂ）と、前記圧延処理で圧延される鋼板の圧下量と前記鋼板の幅と前記鋼板の圧延速度との積である圧下体積流量（例えば、圧下体積流量Ｆ）に比例する予測圧延電力量（例えば、予測圧延電力量Ｑｍ）とに基づいて、前記第２電力消費設備の第２デマンド予測値（例えば、デマンド予測値Ｒｂ）を求め、
前記第１デマンド予測値と前記第２デマンド予測値との和が契約電力よりも低い目標値を超過した場合に、前記複数の電力消費設備のうち予め定められた電力消費設備への供給電力を制御する
ことを特徴とするものである。
使用電力量が時間経過に略比例して増加する第１電力消費設備（例えば、小電力消費設備１１）と、
圧延処理を行うとともに、前記圧延処理に使用される電力量である圧延電力量が圧延条件に応じた負荷によって変動する第２電力消費設備（例えば、圧延設備１２）と、
を含む複数の電力消費設備への供給電力を制御する電力デマンド制御方法であって、
所定のデマンド周期内に前記第１電力消費設備によって使用された第１実績使用電力量（例えば、実績使用電力量Ｐａ）に基づいて、前記第１電力消費設備の第１デマンド予測値（例えば、デマンド予測値Ｒａ）を求め、
所定のデマンド周期内に前記第２電力消費設備によって使用された第２実績使用電力量（例えば、実績使用電力量Ｐｂ）と、前記圧延処理で圧延される鋼板の圧下量と前記鋼板の幅と前記鋼板の圧延速度との積である圧下体積流量（例えば、圧下体積流量Ｆ）に比例する予測圧延電力量（例えば、予測圧延電力量Ｑｍ）とに基づいて、前記第２電力消費設備の第２デマンド予測値（例えば、デマンド予測値Ｒｂ）を求め、
前記第１デマンド予測値と前記第２デマンド予測値との和が契約電力よりも低い目標値を超過した場合に、前記複数の電力消費設備のうち予め定められた電力消費設備への供給電力を制御する
ことを特徴とするものである。
なお、本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が可能である。
１ デマンド制御装置
１０ デマンド制御手段
１１ 小電力消費設備
１２ 圧延設備
Ｐａ 時刻Ｔ１の時点で小電力消費設備によって使用された実績使用電力量
Ｐｂ 時刻Ｔ１の時点で圧延設備によって使用された実績使用電力量
Ｐｋ デマンド周期に対応する契約電力量
Ｑａ 時刻Ｔ２の時点で小電力消費設備によって使用される予測使用電力量
Ｑｂ 時刻Ｔ２の時点で圧延設備によって使用される予測使用電力量
Ｑｍ１ 時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間ΔＴ内に圧延設備にて使用される予測圧延電力量
１０ デマンド制御手段
１１ 小電力消費設備
１２ 圧延設備
Ｐａ 時刻Ｔ１の時点で小電力消費設備によって使用された実績使用電力量
Ｐｂ 時刻Ｔ１の時点で圧延設備によって使用された実績使用電力量
Ｐｋ デマンド周期に対応する契約電力量
Ｑａ 時刻Ｔ２の時点で小電力消費設備によって使用される予測使用電力量
Ｑｂ 時刻Ｔ２の時点で圧延設備によって使用される予測使用電力量
Ｑｍ１ 時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間ΔＴ内に圧延設備にて使用される予測圧延電力量
Claims (3)
- 使用電力量が時間経過に略比例して増加する第１電力消費設備と、
圧延処理を行うとともに、前記圧延処理に使用される電力量である圧延電力量が圧延条件に応じた負荷によって変動する第２電力消費設備と、
を含む複数の電力消費設備への供給電力を制御する電力デマンド制御方法であって、
所定のデマンド周期内に前記第１電力消費設備によって使用された第１実績使用電力量に基づいて、前記第１電力消費設備の第１デマンド予測値を求め、
所定のデマンド周期内に前記第２電力消費設備によって使用された第２実績使用電力量と、前記圧延処理で圧延される鋼板の圧下量と前記鋼板の幅と前記鋼板の圧延速度との積である圧下体積流量に比例する予測圧延電力量とに基づいて、前記第２電力消費設備の第２デマンド予測値を求め、
前記第１デマンド予測値と前記第２デマンド予測値との和が契約電力よりも低い目標値を超過した場合に、前記複数の電力消費設備のうち予め定められた電力消費設備への供給電力を制御する
ことを特徴とする電力デマンド制御方法。 - 使用電力量が時間経過に略比例して増加する第１電力消費設備と、
圧延処理を行うとともに、前記圧延処理に使用される電力量である圧延電力量が圧延条件に応じた負荷によって変動する第２電力消費設備と、
を含む複数の電力消費設備への供給電力を制御する電力デマンド制御装置であって、
所定のデマンド周期内に前記第１電力消費設備によって使用された第１実績使用電力量に基づいて、前記第１電力消費設備の第１デマンド予測値を求める第１算出手段と、
所定のデマンド周期内に前記第２電力消費設備によって使用された第２実績使用電力量と、前記圧延処理で圧延される鋼板の圧下量と前記鋼板の幅と前記鋼板の圧延速度との積である圧下体積流量に比例する予測圧延電力量とに基づいて、前記第２電力消費設備の第２デマンド予測値を求める第２算出手段と、
前記第１デマンド予測値と前記第２デマンド予測値との和が契約電力よりも低い目標値を超過した場合に、前記複数の電力消費設備のうち予め定められた電力消費設備への供給電力を制御可能なデマンド制御手段と、
を含むことを特徴とする電力デマンド制御装置。 - 使用電力量が時間経過に略比例して増加する第１電力消費設備と、
圧延処理を行うとともに、前記圧延処理に使用される電力量である圧延電力量が圧延条件に応じた負荷によって変動する第２電力消費設備と、
を含む複数の電力消費設備への供給電力を制御する電力デマンド制御装置に内蔵されたコンピュータに、
ａ）所定のデマンド周期内に前記第１電力消費設備によって使用された第１実績使用電力量に基づいて、前記第１電力消費設備の第１デマンド予測値を求めるステップと、
ｂ）所定のデマンド周期内に前記第２電力消費設備によって使用された第２実績使用電力量と、前記圧延処理で圧延される鋼板の圧下量と前記鋼板の幅と前記鋼板の圧延速度との積である圧下体積流量に比例する予測圧延電力量とに基づいて、前記第２電力消費設備の第２デマンド予測値を求めるステップと、
ｃ）前記第１デマンド予測値と前記第２デマンド予測値との和が契約電力よりも低い目標値を超過した場合に、前記複数の電力消費設備のうち予め定められた電力消費設備への供給電力を制御するステップと、
を実行させるためのプログラム。
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