JPWO2013121514A1 - 電力平準化装置 - Google Patents

Abstract

複数の素材が異なる位置で同時に製造される場合でも、外部から製造ラインに供給される電力を平準化することができる電力平準化装置を提供する。このため、電力平準化装置は、金属材料の製造工場又は製造ラインの異なる位置で複数の素材が同時に製造される際の消費電力を予測する電力需要予測機能と、電力需要予測機能が予測した消費電力が所定値を超えている場合は、外部の電力系統から製造工場又は製造ラインに供給される電力が所定値以下となるように、電力貯蔵装置に対して製造工場又は製造ラインに放電させる電力平準化制御機能と、を備えた。

Description

この発明は、外部から製造工場又は製造ラインに供給する電力を平準化する電力平準化装置に関するものである。

製造ラインの電力制御方法として、製造ラインの最大電力が契約電力を超えると予想されるときに、自家発電等により電力をまかなう方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

日本特開２００９−１８３０７７号公報

しかしながら、上記電力制御方法は、製造ラインの異なる位置で複数の素材が同時に製造される場合を考慮していない。このため、外部から製造ラインに供給される電力を平準化することができない。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、複数の素材が異なる位置で同時に製造される場合でも、外部から製造ラインに供給される電力を平準化することができる電力平準化装置を提供することである。

この発明に係る電力平準化装置は、金属材料の製造工場又は製造ラインの異なる位置で複数の素材が同時に製造される際の消費電力を予測する電力需要予測機能と、前記電力需要予測機能が予測した消費電力が所定値を超えている場合は、外部の電力系統から前記製造工場又は前記製造ラインに供給される電力が前記所定値以下となるように、電力貯蔵装置に対して前記製造工場又は前記製造ラインに放電させる電力平準化制御機能と、を備えたものである。

この発明に係る電力平準化装置は、金属材料の製造工場又は製造ラインの異なる位置で複数の素材が同時に製造される際の消費電力を予測する電力需要予測機能と、前記電力予測需要機能が予測した消費電力が所定値を超えている場合は、外部の電力系統から前記製造工場又は前記製造ラインに供給される電力が前記所定値以下となるように、前記製造工場又は前記製造ラインでの製品の製造タイミングを調整する電力平準化制御機能と、を備えたものである。

この発明によれば、複数の素材が異なる位置で同時に製造される場合でも、外部から製造ラインに供給される電力を平準化することができる。

この発明の実施の形態１における電力平準化装置の構成図である。 この発明の実施の形態１における電力平準化装置の操業スケジュール予測機能を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電力平準化装置の操業スケジュール予測機能の学習機能を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電力平準化装置の個別製品消費電力予測機能を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電力平準化装置のモデル基準消費電力演算手段を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電力平準化装置のモデル基準消費電力演算手段の学習機能を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電力平準化装置の実績データ基準消費電力予測手段を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電力平準化装置の実績データ基準消費電力予測手段のテーブルを説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電力平準化装置の電力需要予測機能を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電力平準化装置の電力需要予測機能の学習機能を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電力平準化装置の電力平準化制御機能を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電力平準化装置の電力平準化制御機能の電力モニター制御手段を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電力平準化装置内の処理を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態２における電力平準化装置の構成図である。 この発明の実施の形態２における電力平準化装置による圧延材のピッチの抑制方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態２における電力平準化装置内の処理を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態３における電力平準化装置の構成図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置の構成図である。

図１において、１は配電系統である。配電系統１の入力側には、外部の電力系統が接続される。配電系統１の出力側には、圧延ライン２が接続される。圧延ライン２は、熱間薄板圧延機である。

圧延ライン２の最上流には、加熱炉が設けられる。加熱炉の下流側には、粗圧延機が設けられる。粗圧延機の下流側には、仕上圧延機が設けられる。仕上圧延機の下流側には、コイラーが設けられる。

３は圧延ライン２の制御システムである。制御システム３は、初期設定計算機能４、実績データ採取機能５を備える。初期設定計算機能４は、学習機能Ａを備える。

６は製品仕様である。製品仕様６は、素材の情報と圧延ライン２で製造すべき製品の仕様等である。製品仕様６は、材料毎に上位計算機から与えられる。

所望の製品を製造する際、初期設定計算機能４は、製品仕様６に基づいて、圧延ライン２の初期設定を計算する。当該初期設定に基づいて、加熱炉、粗圧延機、仕上圧延機等の設定がなされる。当該設定に基づいて、粗圧延機、仕上圧延機等は、外部の電力系統から配電系統１を介して供給された電力を用いて動作する。加熱炉では、当該設定に基づいて、供給された電力を用いて制御を行い、燃料を適切に燃焼させ、圧延材を所望の温度に昇温する。具体的には、圧延材として、加熱炉からスラブが抽出される。当該圧延材は、粗圧延機、仕上圧延機で圧延される。その後、圧延材は、コイラーに巻き取られる。この際、実績データ採取機能５は、圧延ライン２の圧延実績データを採取する。

このとき、圧延材が粗圧延機に噛み込まれると、制御システム３は、圧延材の全長を制御する。具体的には、初期設定計算機能４は、圧延開始後、各設備で何秒間、圧延や搬送がなされるかという時間情報を予測する。当該予測と圧延実績データとに基づいて、学習機能Ａは、加熱炉、粗圧延機、仕上圧延機等の設定を計算する際のモデルを学習する。当該学習結果に基づいて、初期設定計算機能４は、加熱炉、粗圧延機、仕上圧延機等の設定を補正する。

本実施の形態においては、電力貯蔵装置７が設けられる。電力貯蔵装置７は、蓄電池、フライホイール、大容量コンデンサを備える。

蓄電池は、電気エネルギーを化学エネルギーとして蓄える。このため、蓄電池の急速放電は難しい。ただし、リチウムイオン電池等を用いれば、急速放電が行われる。一方、例えば、ＮａＳ電池（ナトリウムと硫黄を使った電池）を用いれば、蓄電池の大容量化は容易である。最近では、蓄電池の価格も大きく下落している。このため、蓄電池の大容量化は、容易かつ安価に実現される。

フライホイールは、はずみ車効果を利用した蓄電装置である。フライホイールにおいては、回転体と電動発電機とが直結される。回転体は、大きな慣性を有する。充電時は、電動発電機に電力を供給することで、回転体の回転数を上げる。この場合、電動発電機は電動機として利用される。放電時は、電動発電機を発電機として利用することで、回転体の回転数を下げる。フライホイールの蓄電容量は、回転体と電動発電機との規模で決まる。フライホイールの放電速度は、急速放電が可能な蓄電池の放電速度と同等以上である。

大容量コンデンサは、電気エネルギーを他の形態のエネルギーに変換せずに蓄える。このため、大容量コンデンサの放電速度は、蓄電池の放電速度とフライホイールの放電速度とよりも速い。これに対し、大容量コンデンサの蓄電容量には、制約がある。最近では、電気２重層キャパシタ等を多く利用することで、大容量コンデンサの蓄電容量を大きくすることができる。

電力貯蔵装置７においては、放電すべき電力の速応性に応じて、蓄電池、フライホイール、大容量コンデンサが相互補完するように使い分けられる。例えば、急激かつ大量の放電が必要な場合は、まず、急速放電が可能な大容量コンデンサが放電する。その後、フライホイールが使用される。最後に、応答が遅い蓄電池が使用される。なお、大容量コンデンサと蓄電池、フライホイールと蓄電池、大容量コンデンサとフライホイールのそれぞれの組合せでも、同等の効果が期待される。

配電系統１と電力貯蔵装置７との間には、パワーコンディショナ８が接続される。パワーコンディショナ８は、電力貯蔵装置７を充電する際に外部の電力系統から供給される交流電力を直流に適切に変換する機能を備える。パワーコンディショナ８は、電力貯蔵装置７が放電する直流電力を交流電力に適切に変換する機能を備える。

電力貯蔵装置７とパワーコンディショナ８とには、電力貯蔵装置制御機能９が接続される。電力貯蔵装置制御機能９は、電力貯蔵装置７が適切に充放電するように、電力貯蔵装置７とパワーコンディショナ８とを制御する機能を備える。

１０は電力平準化装置である。電力平準化装置１０は、操業スケジュール予測機能１１、個別製品消費電力予測機能１２、電力需要予測機能１３、電力平準化制御機能１４、表示機能１５を備える。

操業スケジュール予測機能１１は、製品仕様６の中で計画された材料１、２、・・・、Ｎのスラブが加熱炉から抽出されるタイミングを予測し、初期設定計算機能４に計算された各設備での圧延、搬送時間に基づいて、圧延材がどのタイミングでどの位置にあるかを予測する機能を備える。操業スケジュール予測機能１１は、学習機能Ｂを備える。学習機能Ｂは、実績データに基づいて、スラブの抽出タイミングの予測を補正する機能を備える。

個別製品消費電力予測機能１２は、操業スケジュール予測機能１１に予測されたタイミングとは無関係に、初期設定計算機能４に計算された加熱炉、粗圧延機、仕上圧延機等の設定に基づいて、製品仕様６の中で計画された材料１、２、・・・、Ｎがスラブから製品となるまでの間に、圧延ライン２の各設備で消費される電力を計算する機能を備える。個別製品消費電力予測機能１２は、学習機能Ｃを備える。学習機能Ｃは、実績データに基づいて、消費電力の計算を補正する機能を備える。

電力需要予測機能１３は、操業スケジュール予測機能１１に予測された圧延材の位置情報及び時間情報と個別製品消費電力予測機能１２に計算された圧延材別の消費電力とに基づいて、所定の予測期間内における消費電力を時系列に計算する機能を備える。電力需要予測機能１３は、学習機能Ｄを備える。学習機能Ｄは、実績データに基づいて、消費電力の計算を補正する機能を備える。

電力平準化制御機能１４は、電力需要予測機能１３に計算された消費電力が所定のピーク値を超える場合に、外部の電力系統から圧延ライン２に供給される電力がピーク値以下となるように、電力貯蔵装置制御機能９に電力貯蔵装置７の放電指令を与える機能を備える。電力平準化制御機能１４は、電力需要予測機能１３に計算された消費電力がピーク値を超えない場合に、電力貯蔵装置制御機能９に電力貯蔵装置７の充電指令を与える機能を備える。電力平準化制御機能１４は、電力モニター制御手段を備える。電力モニター制御手段は、時々刻々変化する消費電力の実績データをモニターし、消費電力の実績データが電力閾値を超えた場合に、強制的に電力貯蔵装置７に放電させる機能を備える。なお、電力閾値は、ピーク値又はピーク値よりも余裕代分だけ小さい値に設定される。

表示機能１５は、電力需要予測機能１３に計算された消費電力の時系列と電力平準化制御機能１４に平準化された消費電力の時系列とを計算機のディスプレイ等に表示させる機能を備える。電力需要予測機能１３に計算された消費電力の時系列の例は、表示機能１５の左側に示される。電力平準化制御機能１４に平準化された消費電力の時系列の例は、表示機能１５の右側に示される。

次に、図２を用いて、操業スケジュール予測機能１１によるスラブの抽出タイミングの予測方法を説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置の操業スケジュール予測機能を説明するための図である。

図２において、過去の一定期間のスラブ抽出間隔の平均値Ｔ_ＡＶは、次の（１）式、（２）式の関係を満たす。

ここで、Ｎ_Ｐは過去の一定期間に抽出されたスラブ数である。Ｔ_{ｉ、ｉ−１} はスラブＮＯ．ｉとＮＯ．ｉ−１の時間間隔である。例えば、ＮＯ．−２は、現時刻から２つ前のスラブを指す。Ｔ_ＡＶ ^ＬＬはＴ_ＡＶの下限値である。Ｔ_ＡＶ ^ＵＬはＴ_ＡＶの上限値である。

現時刻をｔ_０、予測期間内のスラブ本数をＮ_Ｆとすると、スラブの抽出タイミングｔ_ｊは、次の（３）式で計算される。

なお、過去のスラブの抽出間隔を一次遅れフィルタリングして、スラブの抽出タイミングｔ_ｊを予測する場合もある。この場合、過去のスラブ抽出間隔のフィルタリング値Ｔ_ＦＬは、次の（４）式、（５）式を満たす。

ここで、α_２はフィルタリングゲインである。Ｔ_ＦＬ ^ＬＬはＴ_ＦＬの下限値である。Ｔ_ＦＬ ^ＵＬはＴ_ＦＬの上限値である。この場合、スラブの抽出タイミングｔ_ｊは、次の（６）式で計算される。

オペレータが急速停止ボタンを押した場合は、トラブル処理にかかる時間（分）が入力される。この際、入力された時間分だけ、次のスラブの抽出タイミングの予測を遅らせる。オペレータがスラブの抽出タイミングを指定した場合は、そのタイミングが考慮される。

次に、図３を用いて、学習機能Ｂによるスラブの抽出タイミングの予測の補正方法を説明する。
図３はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置の操業スケジュール予測機能の学習機能を説明するための図である。

図３に示すように、学習機能Ｂは、鋼種、仕上目標板厚、仕上目標板幅等でテーブルを区分し、該当するテーブル区分に、スラブ抽出時間間隔を格納する。格納する値は、次の（７）式で平滑化される。
（新たに格納するスラブ抽出時間間隔Ｔ_ｎｅｗ）＝Ｇ＊（スラブ抽出時間間隔実績値Ｔ）＋（１−Ｇ）＊（テーブルに格納されていたスラブ抽出時間間隔Ｔ_ｏｌｄ） （７）
ここで、Ｇは、０≦Ｇ≦１の範囲の重み係数である。

例えば、（３）式を用いてスラブの抽出タイミングｔ_ｊを予測している際に、鋼種ｉ、仕上目標板厚ｊ、仕上目標板幅ｋに対応したスラブから鋼種ｌ、仕上目標板厚ｍ、仕上目標板幅ｎに対応したスラブに時刻ｔ_３で変わった場合を説明する。この場合、スラブの抽出タイミングｔ_ｊは、次の（８）式で計算される。

ここで、α_４はロット変更時の重みゲインである。

次に、図４を用いて、個別製品消費電力予測機能１２による消費電力の計算方法を説明する。
図４はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置の個別製品消費電力予測機能を説明するための図である。

図４に示すように、個別製品消費電力予測機能１２は、モデル基準消費電力演算手段１２ａと実績データ基準消費電力予測手段１２ｂとを備える。モデル基準消費電力演算手段１２ａは、初期設定機能計算機能に計算された計算結果４ａに基づいて計算対象の圧延材を製造する際の消費電力を計算する機能を備える。実績データ基準消費電力予測手段１２ｂは、実績データに基づいて、計算対象の圧延材を製造する際の消費電力を計算する機能を備える。個別製品消費電力予測機能１２は、モデル基準消費電力演算手段１２ａと実績データ基準消費電力予測手段１２ｂのいずれかの計算結果１２ｃを出力する機能を備える。

次に、図５を用いて、モデル基準消費電力演算手段１２ａによる消費電力の計算方法を説明する。
図５はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置のモデル基準消費電力演算手段を説明するための図である。

図５の上段は、初期設定計算機能４が予測した速度である。図５の下段は、初期設定計算機能４が予測したトルクである。

モデル基準消費電力演算手段１２ａは、初期設定計算機能４に予測されたトルクと速度とに基づいて、消費電力を計算する。具体的には、モデル基準消費電力演算手段１２ａは、各時刻におけるトルクと速度の積を当該時刻の消費電力として計算する。この場合、計算対象の圧延材の電力量は、圧延される時間内の電力の積分値となる。

次に、図６を用いて、学習機能Ｃによる消費電力の計算の補正方法を説明する。
図６はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置のモデル基準消費電力演算手段の学習機能を説明するための図である。

モデル基準消費電力演算手段１２ａによる電力計算値は予測値である。当該予測値は、誤差を伴う。そこで、学習機能Ｃは、計算対象の圧延材が圧延された後、消費電力の実績データを採取して計算値と比較することにより、学習値Ｚを計算する。その結果、次回の計算精度が高まる。学習値Ｚは、以下の（９）式で計算される。
（学習値Ｚ）＝（消費電力の実績値）／（消費電力の予測値） （９）

図６に示すように、学習値Ｚは、鋼種やスラブ抽出温度等、消費電力に関係のあるパラメータで分類されたテーブルに格納される。この際、フィルタリングの目的で、平滑化処理が行われる。具体的には、同じテーブル区分に格納されている学習値Ｚ_ｏｌｄと（９）式の値を用いて、次回使用する学習値Ｚ_ｎｅｗが次の（１０）式で計算される。
（学習値Ｚ_ｎｅｗ）＝Ｋ＊（学習値Ｚ）＋（１−Ｋ）＊（学習値Ｚ_ｏｌｄ） （１０）
ここで、Ｋは、０≦Ｋ≦１の範囲の学習ゲインである。

学習値Ｚ_ｎｅｗは、当該テーブル区分に上書きされる。次回計算時には、当該テーブル区分の学習値Ｚ_ｎｅｗを用いて、次の（１１）式で消費電力の予測値が補正される。
（消費電力予測値）＝（学習値を含まない消費電力予測値）＊（学習値Ｚ_ｎｅｗ） （１１）

なお、初期設定計算機能４の学習機能Ａでの学習計算も同様である。

次に、図７を用いて、実績データ基準消費電力予測手段１２ｂによる消費電力の計算方法を説明する。
図７はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置の実績データ基準消費電力予測手段を説明するための図である。

実績データ基準消費電力予測手段１２ｂは、圧延材の圧延が完了する度に、圧延に使用した電力の実績値が計算機のデータベースやテーブルに保存する。本実施の形態においては、粗圧延と仕上圧延の間に境界が設けられる。当該境界よりも上流側及び下流側での電力量の実績データがそれぞれ保存される。この際、圧延材の幅は消費電力の大小にほぼ比例する。このため、電力量の実績データは、圧延材の幅を規格化して保存される。当該規格化により、圧延材の幅に対し、普遍的な量が保存される。この値を計算対象の圧延材に使用する場合、当該圧延材の幅を乗じればよい。

また、圧延時間は粗圧延、仕上圧延等、各工程の速度によって変化する。このため、粗圧延最終パスと仕上圧延最終パスとにおける圧延材の長さを基準として、粗圧延、仕上圧延それぞれに要する電力量が保存される。すなわち、電力量は、エネルギーに影響する時間や速度を考慮外として規格化される。

図７の上段に示すように、実績データ採取機能５から採取される電力データの横軸は、時間である。このため、図７の下段に示すように、圧延材の長さを横軸とした電力量のデータに変換する必要がある。具体的には、圧延ライン２の各設備やその設備でのパスごとに電力量を積み上げて、圧延材の総合の電力量が計算される。当該総合の電力量を圧延材の長さと幅で除することで、圧延材の単位長さ・幅あたりの電力量が求められる。

この際、粗圧延における圧延材の単位長さ・幅あたりの電力量Ｅ_Ｍ ^Ｎ＿ＲＭは、次の（１２）式で計算される。

ここで、Ｅ_Ｃ ^ＲＭは粗圧延における電力使用量（ｋＷｈ）である。Ｌ_Ｃ ^ＲＭＤは粗圧延出側での圧延材の長さ（ｍ）である。Ｂ_Ｃ ^ＲＭＤは粗圧延出側での圧延材幅（ｍ）である。なお、Ｂ_Ｃ ^ＲＭＤはスラブの幅と圧延材の仕上幅の平均でもよい。

仕上圧延における圧延材の単位長さ・幅あたりの電力量Ｅ_Ｍ ^Ｎ＿ＦＭは、次の（１３）式で計算される。

ここで、Ｅ_Ｃ ^ＦＭは粗圧延における電力使用量（ｋＷｈ）である。Ｌ_Ｃ ^ＦＭＤは粗圧延出側での圧延材の長さ（ｍ）である。Ｂ_Ｃ ^ＦＭＤは粗圧延出側での圧延材幅（ｍ）である。なお、Ｂ_Ｃ ^ＦＭＤはスラブの幅と圧延材の仕上幅の平均でもよい。

次に、図８を用いて、実績データ基準消費電力予測手段１２ｂのテーブルを説明する。
図８はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置の実績データベース消費電力予測手段のテーブルを説明するための図である。

図８に示すように、データの振り分けは、消費電力に影響する因子をパラメータとする。例えば、スラブ抽出温度、鋼種、粗バー厚、製品目標厚等である。圧延材の単位長さ・幅あたりの電力量Ｅ_Ｍ ^Ｎ＿ＲＭ、Ｅ_Ｍ ^Ｎ＿ＦＭは、予め準備した粗圧延用及び仕上圧延用テーブルに格納される。

次に、図９を用いて、電力需要予測機能１３による消費電力の予測方法を説明する。
図９はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置の電力需要予測機能を説明するための図である。

個々の圧延材に対して消費される電力は、個別製品消費電力予測機能１２に計算される。圧延材の位置及び時間の情報は、操業スケジュール予測機能１１により計算される。このため、図９の上段に示すように、圧延に要する電力消費量と時間とは仮想的なグラフの上に配置される。ここで、定常電力消費量は、圧延に使う冷却水の循環用のポンプ、照明、空調機等、圧延ライン２の外にあって、常に電力を消費している設備の電力消費量である。これらの合計電力消費量は、実測により正確に求められる。図９の上段の配置が完了すれば、図９の下段のように、各時刻における電力を積算することで、複数の圧延材を異なる位置で同時に圧延する際の消費電力が予測される。

次に、図１０を用いて、電力需要予測機能１３の学習機能Ｄによる消費電力の予測の補正方法を説明する。
図１０はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置の電力需要予測機能の学習機能を説明するための図である。

図１０に示すように、電力需要予測機能１３の実行は、シフト時間Ｔ_ｓ毎に繰り返される。予測期間は、３０分から２時間程度である。また、電力系統の応答が速いこともあり、シフト時間Ｔ_Ｓは、１秒から１分程度に設定される。現時刻で予測計算をした後、対応する予測期間が終了したときに、実績データを採取して、学習計算が行なわれる。具体的には、予測期間内の平均電力量実績値と平均電力量計算値を比較することで学習する。学習計算は（９）式と同様に、次の（１４）式で計算される。
（学習値Ｚ）＝（平均電力量実績値）／（平均電力量予測値） （１４）

その後、（１０）式、（１１）式と同様の計算が行なわれる。

次に、図１１を用いて、電力平準化制御機能１４による電力の平準化の方法を説明する。
図１１はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置の電力平準化制御機能を説明するための図である。

電力平準化制御機能１４は、電力需要予測機能１３に予測された電力需要の時系列の推移を用いて、電力会社等と契約した契約買電量を超えないように電力貯蔵装置７を制御する。消費電力が契約買電量を超える場合は、電力平準化制御機能１４は、装置の応答も考慮して、圧延ライン２に必要な電力が不足しないように早めに電力貯蔵装置７から放電するように制御する。実際には、契約買電量に余裕代を持たせて、（契約買電量）−（余裕代）に予測電力が達したときに、上記処理が行なわれる。電力貯蔵装置７が放電し続け、電力貯蔵装置７の中の電力が枯渇した場合は、外部からの電力の供給が必要となる。

電力貯蔵装置７への充電は、消費電力予測値が契約買電量を下回ることが続く場合に行なわれる。ただし、電力貯蔵装置７の容量には上限がある。このため、電力貯蔵装置７が満充電となった場合は、電力平準化制御機能１４は、電力貯蔵装置７の充電を停止するように電力貯蔵装置制御機能９に指令を出力する。

これらの計算は、計算ｗｉｎｄｏｗを設定し、その範囲内の電力需要の時系列の推移を得て、電力貯蔵装置７の充放電が決定される。計算ｗｉｎｄｏｗは、ある時間毎にずらされる。計算ｗｉｎｄｏｗのずれは、電力需要予測機能１３の実行タイミングと合わせてもよい。

計算ｗｉｎｄｏｗの期間は、予測期間以下に設定される。当該計算ｗｉｎｄｏｗの範囲内で、消費電力量が契約買電量を超えないように制御される。さらに電力貯蔵装置７の寿命を長くするため、頻繁な充放電の切替をしないように、電力予測値の変化率に制限が付加される場合もある。

また、電力貯蔵装置７の放電期間が短い場合、まず大容量コンデンサやフライホイールから放電するように設定される。この場合、蓄電池の容量を減らしたり充放電回数を減らしたりすることができる。

次に、図１２を用いて、電力平準化制御機能１４の電力モニター制御手段を説明する。
図１２はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置の電力平準化制御機能の電力モニター制御手段を説明するための図である。

図１２の計算ｗｉｎｄｏｗ−４の中のように、電力需要が減ると予想された場合でも、実際には、電力需要が減らない場合もある。この場合、電力モニター制御手段は、電力需要をモニター制御することで、電力貯蔵装置７の運転を充電から放電に変更する。例えば、急速放電が必要である場合、大容量コンデンサやフライホイールから放電し、続いて必要があれば蓄電池から放電するように設定される。この場合、急速な放電とそれに続く多くの量の放電にも対応することができる。

次に、図１３を用いて、電力平準化装置１０内の処理の概要を説明する。
図１３はこの発明の実施の形態１における電力平準化装置内の処理を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１では、電力予測のタイミングか否かが判定される。電力予測のタイミングの場合は、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、圧延される材料について、製品仕様６に基づいて、初期設定計算機能４が設定計算を行う。

その後、ステップＳ３に進み、操業スケジュール予測機能１１が現在から一定時間後の操業状態を予測する。具体的には、どの材料がいつ生産（圧延）されるのかが予測される。その後、ステップＳ４に進み、個別製品消費電力予測機能１２が個々の材料に関して消費電力を予測する。

その後、ステップＳ５に進み、電力需要予測機能１３が現在から一定時間後の消費電力を予測する。この際、表示機能１５は、ディスプレイ等に結果を表示させる。その後、ステップＳ６に進み、電力平準化制御機能１４がピークカットを実現する電力貯蔵装置７の制御方策を作成する。この際、表示機能１５は、ディスプレイ等に結果を表示させる。

その後、ステップＳ７に進み、電力貯蔵装置制御機能９は、パワーコンディショナ８を介して電力貯蔵装置７を制御する。

ステップＳ１で予測タイミングでない場合は、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、電力需要時実績値が契約買電量を超過しているか否かが判定される。電力需要時実績値が契約買電量を超過していない場合は、ステップＳ７に進み、電力貯蔵装置７の制御が維持される。

ステップＳ８で電力需要時実績値が契約買電量を超過している場合は、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、電力平準化制御機能１４が電力需要時実績値が契約買電量を超過しないように電力貯蔵装置７の制御方策を作成する。その後、ステップＳ７に進み、当該方策で、電力貯蔵装置制御機能９がパワーコンディショナ８を介して電力貯蔵装置７を制御する。

以上で説明した実施の形態１によれば、電力需要予測機能１３が予測した消費電力が所定値を超えている場合は、電力貯蔵装置７が放電する。このため、複数の素材が異なる位置で同時に製造される場合でも、外部から製造ラインに供給される電力を平準化することができる。その結果、電源設備の容量を小さくすることができる。さらに、外部の電力系統の電力線や変電設備も小さくすることができる。このため、外部から安価に電力を供給することができる。

また、電力需要予測機能１３が予測した消費電力が所定値を超えていない場合に、電力貯蔵装置７は、外部の電力系統から電力の供給を受けて充電される。このため、電力貯蔵装置７の充電に関し、外部の電力系統を有効活用できる。

また電力需要の変化率に応じて、蓄電池、フライホイール、大容量コンデンサの放電の順序が切り替わる。このため、電力貯蔵装置７の特性を高めることができる。

また、消費電力の予測値は、操業スケジュール予測機能１１と個別消費電力予測機能との予測結果に基づいて演算される。このため、簡単に消費電力の予測値を求めることができる。

また、個別製品消費電力予測機能１２は、モデル基準消費電力演算手段１２ａと実績データ基準消費電力予測手段１２ｂのいずれかの計算結果を出力する。このため、いずれか一方の機能が故障しても、電力の平準化を維持することができる。

また、操業スケジュール予測機能１１は、個別製品消費電力予測機能１２、電力需要予測機能１３は、学習機能を備える。このため、電力を平準化する際の精度を高めることができる。

また、外部の電力系統から供給される電力の実績値が所定の閾値を超えた場合に、電力貯蔵装置７が放電する。このため、外部から製造ラインに供給される電力をより確実に平準化することができる。

なお、圧延ライン２が厚板圧延機であっても、電力平準化装置１０を適用することができる。

実施の形態２．
図１４はこの発明の実施の形態２における電力平準化装置の構成図である。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態１においては、電力貯蔵装置７が設けられていた。一方、実施の形態２においては、電力貯蔵装置７が設けられていない。

この場合、電力平準化制御機能１４は、圧延のピッチを抑制することでピーク電力を抑える。具体的には、電力平準化制御機能１４は、圧延材の所望のピッチの計算値をオペレータにガイダンスとして出力する。この場合、オペレータは、当該計算値に従うことでピーク電力の抑制を実施する。

次に、図１５を用いて、圧延材のピッチの抑制方法を説明する。
図１５はこの発明の実施の形態２における電力平準化装置による圧延材のピッチの抑制方法を説明するための図である。

図１５の上段のように、今後圧延される圧延材１、２、３、・・・について、粗圧延、仕上圧延に要する電力量の予測値が積み上げられる。このとき、電力量の予測値が電力量上限値を超えると、図１５の下段に示すように、圧延材の圧延時刻を遅延させることで、ピーク電力が抑制される。当該計算においても、計算ｗｉｎｄｏｗが設定される。当該計算ｗｉｎｄｏｗの範囲内の電力需要の時系列の推移を得て、圧延材の圧延時刻が決定される。当該計算ｗｉｎｄｏｗは、ある時間毎にずらされる。

次に、図１６を用いて、電力平準化装置１０内の処理の概要を説明する。
図１６はこの発明の実施の形態２における電力平準化装置内の処理を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１１〜Ｓ１５は、図１３のステップＳ１〜Ｓ５と同様である。ステップＳ１５の後、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、電力平準化制御機能１４は、電力のピークカットを実現する圧延のピッチを作成する。この際、表示機能１５は、ディスプレイ等に結果を表示させる。

以上で説明した実施の形態２によれば、電力貯蔵装置７がない場合でも、外部から製造ラインに供給される電力を平準化することができる。

実施の形態３．
図１７この発明の実施の形態３における電力平準化装置の構成図である。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１７には、２つの圧延ライン２が設けられる。この場合、各圧延ライン２に対応して、電力平準化装置１０が設けられる。ただし、電力平準化制御機能１４と表示機能１５とは、複数の圧延ライン２に対して共用される。

この場合、電力平準化制御機能１４は、各電力需要予測機能１３による消費電力の予測結果を取り入れて、図１５と同様に、電力需要を配置して、並べ替えることで、２つの圧延ライン２の電力負荷を平準化する。なお、３つ以上の圧延ライン２がある場合も同様に制御できる。

以上で説明した実施の形態３によれば、複数の圧延ライン２に対しても、外部から製造ラインに供給される電力を平準化することができる。

なお、実施の形態１において、電力貯蔵装置７が故障等で利用できない場合、電力貯蔵装置７の蓄電量がなくなった場合に、第２の実施の形態のように、圧延材のピッチを抑制してもよい。

また、圧延ライン２以外の金属材料の製造ラインに電力平準化装置１０を適用してもよい。さらに、製造ライン等を含む製造工場全体に電力平準化装置１０を適用してもよい。これらの場合でも、外部から製造ラインに供給される電力を平準化することができる。

以上のように、この発明に係る電力平準化装置は、複数の素材が同時に製造される金属材料の金属材料の製造工場又は製造ラインに利用できる。

１ 配電系統
２ 圧延ライン
３ 制御システム
４ 初期設定計算機能
４ａ 計算結果
５ 実績データ採取機能
６ 製品仕様６
７ 電力貯蔵装置
８ パワーコンディショナ
９ 電力貯蔵装置制御機能
１０ 電力平準化装置
１１ 操業スケジュール予測機能
１２ 個別製品消費電力予測機能
１２ａ モデル基準消費電力演算手段
１２ｂ 実績データ基準消費電力予測手段
１２ｃ 計算結果
１３ 電力需要予測機能
１４ 電力平準化制御機能
１５ 表示機能

Claims (13)

1. 金属材料の製造工場又は製造ラインの異なる位置で複数の素材が同時に製造される際の消費電力を予測する電力需要予測機能と、
   前記電力需要予測機能が予測した消費電力が所定値を超えている場合は、外部の電力系統から前記製造工場又は前記製造ラインに供給される電力が前記所定値以下となるように、電力貯蔵装置に対して前記製造工場又は前記製造ラインに放電させる電力平準化制御機能と、
   を備えたことを特徴とする電力平準化装置。
2. 前記電力平準化制御機能は、前記電力需要予測機能が予測した消費電力が前記所定値を超えていない場合に、前記電力貯蔵装置に対して前記外部の電力系統から電力の供給を受けて充電させることを特徴とする請求項１記載の電力平準化装置。
3. 金属材料の製造工場又は製造ラインの異なる位置で複数の素材が同時に製造される際の消費電力を予測する電力需要予測機能と、
   前記電力予測需要機能が予測した消費電力が所定値を超えている場合は、外部の電力系統から前記製造工場又は前記製造ラインに供給される電力が前記所定値以下となるように、前記製造工場又は前記製造ラインでの製品の製造タイミングを調整する電力平準化制御機能と、
   を備えたことを特徴する電力平準化装置。
4. 前記電力平準化制御機能は、前記電力貯蔵装置を利用できない場合に、前記外部の電力系統から前記製造工場又は前記製造ラインに供給される電力が前記所定値以下となるように、前記製造工場又は前記製造ラインでの製品の製造タイミングを調整することを特徴とする請求項１記載の電力平準化装置。
5. 前記電力貯蔵装置は、放電の速応性の異なる複数の装置からなり、
   前記電力平準化制御機能は、前記電力貯蔵装置に対して前記製造工場又は前記製造ラインに放電させる際に、電力需要の変化率に応じて、放電させる装置の順序を切り替えることを特徴とする請求項１記載の電力平準化装置。
6. 前記製造工場又は前記製造ラインで各圧延材を製造する位置と時間とを予測する操業スケジュール予測機能と、
   前記各圧延材を前記位置で製造する際の消費電力を予測する個別製品消費電力予測機能と、
   を備え、
   前記電力需要予測機能は、ある時点での前記各圧延材の位置に基づいて、前記ある時点で前記各圧延材を製造する際の消費電力を計算し、前記各圧延材を製造する際の消費電力の計算値の積算値を、前記ある時点での前記製造工場又は前記製造ラインの消費電力の予測値とすることを特徴とする請求項１記載の電力平準化装置。
7. 前記電力需要予測機能は、前記製造工場又は前記製造ラインの消費電力の予測値と実績値とを比較して、前記製造工場又は前記製造ラインの消費電力の予測精度を向上させることを特徴とする請求項１記載の電力平準化装置。
8. 前記個別製品消費電力予測機能は、前記製造工場又は前記製造ラインで各圧延材を製造
   する際に与えられた製品仕様を満たすように演算された前記製造工場又は前記製造ラインの設定値に基づいて、前記各圧延材を前記位置で製造する際の消費電力を予測することを特徴とする請求項６記載の電力平準化装置。
9. 前記個別製品消費電力予測機能は、前記製造工場又は前記製造ラインで圧延材を製造した際の消費電力の実績値に基づいて、前記各圧延材を前記位置で製造する際の消費電力を予測することを特徴とする請求項６記載の電力平準化装置。
10. 前記操業スケジュール予測機能は、前記製造工場又は前記製造ラインで圧延材を製造する位置と時間の予測値と実績値とを比較して、前記各圧延材を製造する位置と時間の予測精度を向上させることを特徴とする請求項６記載の電力平準化装置。
11. 前記個別製品消費電力予測機能は、前記製造工場又は前記製造ラインで圧延材を前記位置で製造する際の消費電力の予測値と実測値とを比較して、前記各圧延材を前記位置で製造する際の消費電力の予測精度を向上させることを特徴とする請求項６記載の電力平準化装置。
12. 前記電力平準化制御機能は、複数の製造工場又は製造ラインの消費電力の予測値が前記所定値を超えている場合は、前記外部の電力系統から前記複数の製造工場又は製造ラインに供給される電力が前記所定値以下となるように、前記複数の製造工場又は製造ラインでの製品の製造タイミングを調整することを特徴とする請求項４記載の電力平準化装置。
13. 前記電力平準化制御機能は、前記外部の電力系統から前記製造工場又は前記製造ラインに供給される電力の実績値が前記所定値以下に設定された閾値を超えた場合に、前記電力貯蔵装置に対して前記製造工場又は前記製造ラインに放電させることを特徴とする請求項１記載の電力平準化装置。

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