JPWO2016020953A1 - 管理装置および管理方法 - Google Patents

Abstract

本発明にかかる管理装置および管理方法は、収集した気象情報と、機器の稼働実績と、機器が設置された領域に設定された状態値と許容範囲、および電力を抑制する電力抑制時間に基づいて、機器の稼働により、電力抑制時間に対応して領域の状態値を変化させる変化時間を算出する。そして、算出した変化時間を用いて機器を制御する制御スケジュールを生成して機器を制御するので、機器が設置された領域に設定された状態値の範囲内で電力抑制時間に合わせて、電力の使用量を削減することができる。

Description

この発明は、ビルなどの需要家の電力を管理するために、設備機器を制御する管理装置に関するものである。

従来の需要家エネルギーマネジメントシステム（管理装置）は、電力需要のピークを抑制する室内の熱容量を予め求めておくことで、電力削減目標値を満たすような空調設定温度を求めていた。また、この設定温度に大きな温度変更があった場合には、予め予冷・予熱を行っておくことでピークを抑制していた。（特許文献１）

特許４９１００２０号公報

しかし、熱容量に対応した電力削減目標値を満たすように空調設定温度を求めるため、需要家側で電力削減目標値を満たすような設定温度にするために、大きな温度変更が生じる場合がある。そして、大きな温度変更が生じた場合、従来技術では予冷・予熱に必要な時間がわからないため、電力を抑制する時間帯に予冷・予熱の時間が重なる場合があり、フロア全体で電力需要のピークを抑制することができないという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、需要家側で設定された温度（状態値）の範囲内で、複数の需要家、またはフロア間で電力を抑制する時間帯に合わせて電力を削減することを目的とする。

この発明に係る管理装置は、収集した気象情報と、機器の稼働実績と、前記機器が設置された領域に設定された状態値と許容範囲、および電力を抑制する電力抑制時間に基づいて、前記機器の稼働により、前記電力抑制時間に対応して前記領域の状態値を変化させる変化時間を算出する変化時間算出部、該変化時間算出部で算出された時間を用いて、前記機器を制御する制御スケジュールを生成するスケジュール生成部、該スケジュール生成部で生成された制御スケジュールを送信する送信部を備えたものである。

この発明によれば、収集した気象情報と、機器の稼働実績と、機器が設置された領域に設定された状態値と許容範囲、および電力を抑制する電力抑制時間に基づいて、機器の稼働により、電力抑制時間に対応して領域の状態値を変化させる変化時間を算出する。そして、算出した変化時間を用いて機器を制御する制御スケジュールを生成して機器を制御するので、機器が設置された領域に設定された状態値の範囲内で電力抑制時間に合わせて、電力の使用量を削減することができる。

この発明の実施の形態における管理装置１を示す構成図である。 この発明の実施の形態における管理装置１が管理する需要家群の構成図である。 この発明の実施の形態における需要家群の構成図である。 この発明の実施の形態における管理装置１の動作の説明図である。 この発明の実施の形態における管理装置１の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態における2種類のピークシフトの方式の説明図である。 この発明の実施の形態における停止時間を算出する説明図である。 この発明の実施の形態における予冷シフトに要する時間の説明図である。 この発明の実施の形態における予冷する時間に関する説明図である。 この発明の実施の形態における予冷に要する時間を算出する説明図である。 この発明の実施の形態におけるスケジュール生成部１６の説明図である。 この発明の実施の形態におけるフロアＡの空調機２１のスケジュールの表示例である。 この発明の実施の形態におけるフロアＢの空調機２１のスケジュールの表示例である。 この発明の実施の形態におけるフロアＣの空調機２１のスケジュールの表示例である。

以下に、本発明にかかる管理装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
この発明の実施の形態では、例えば状態値を変化させる機器が空気調和機器（空調機）である場合について説明する。
この発明の管理装置は、収集した気象情報と、空調機の稼働実績と、空調機が設定された領域（例えばフロア）に設定された温度と許容範囲、および電力を抑制する必要のある時刻と時間（電力抑制時間）に基づいて、空調機の稼働により、設定された温度の範囲内で、電力抑制時間の領域の熱特性に対応して領域の温度を変化させる変化時間を算出する。そして、変化時間を用いて複数の領域に設置された空調機の制御スケジュールを生成して空調機を制御することで、設定された温度の範囲内で電力抑制時間に合わせて領域全体で需要電力を抑制する。
需要電力とは、需要家側が消費する電力量において、電気料金の計算で利用される単位時間（日本では３０分）あたりの電力の使用量のことである。
このような管理装置について以下説明する。

尚、ここでは、ピークシフトとは、冷房機能で空調機を制御する場合に、設定された温度から許容された下限温度にするための消費電力のピークをシフトすることとして説明する。他に、予め設定された下限温度にするための消費電力のピークをシフトするとしてもよい。また、暖房機能で空調機を制御する場合は、許容された上限温度にするための消費電力のピークをシフトすることとなる。

図１は、この発明の実施の形態における管理装置１の構成図である。
図１において、管理装置１は、気象情報収集部２、気象情報記憶部３、空調稼働実績収集部４、空調稼働実績記憶部５、フロア熱特性算出部６、フロア熱負荷算出部７、受電電力収集部８、受電実績記憶部９、電力需要算出部１０、電力抑制時間算出部１１、フロア温度設定部１２、変化時間算出部１３、空調電力算出部１４、シフト電力算出部１５、スケジュール生成部１６、送信部１７から構成される。
空調稼働実績収集部４は稼働実績収集部、空調稼働実績記憶部５は稼働実績記憶部、フロア熱特性算出部６は特性算出部、フロア熱負荷算出部７は負荷算出部を示す。

そして、管理装置１は、需要家群１８の各需要家１９とインターネットまたはＬＡＮなどのネットワーク２０で接続されている。ここでの需要家群１８は、例えばビル、または工場など複数の需要家１９のことである。そして、各需要家１９に設置された空調機２１の稼働実績と各需要家１９の受電電力を各需要家１９のＥＭＳ（Energy Management System）２２から取得する。ＥＭＳ２２は、空調機２１を制御する空調集中コントローラ２３から空調機２１の稼働実績を取得して、取得した稼働実績を管理装置１に送信する。
受電電力とは、電力会社との契約でメーターが設置されている部分の電力の使用実績のことであり、電力料金の計算に使用される電力値である。

また、管理装置１は、ネットワーク２０を介して、天気予報２３と気象実績２４の気象情報を収集する。そして、収集した気象情報と、需要家１９の空調機２１の稼働実績、管理者によって設定されたフロア毎の温度と許容範囲、および電力抑制時間に基づいて、空調機２１の稼働により、設定された温度の範囲内で電力抑制時間に対応して温度を変化させる変化時間を算出する。そして算出した変化時間と需要家１９より取得した受電電力から、需要家１９で電力を抑制する時間帯に需要家１９の電力を抑制することによる熱負荷に対応したピークシフトに必要な時間を算出し、空調機２１を制御する制御スケジュールを生成する。そして生成した制御スケジュールを需要家１に送信して空調機２１を制御する。

次に、各需要家１９の構成について説明する。
図２は、この発明の実施の形態における管理装置１が管理する需要家１９の構成図である。
需要家１９は、ＥＭＳ（Energy Management System）２２、空調集中コントローラ２３、空調機２１で構成されている。
また、ＥＭＳ２２は、空調稼働実績取得部２６、空調司令部２７、受電電力計測部２８で構成されている。
需要家１９のＥＭＳ２２は、空調集中コントローラ２３を介して空調機２１の稼働実績を取得する。また需要家１９の受電電力を計測する。そして、管理装置１から送信要求を受けると稼働実績と受電電力を送信する。また、管理装置１から空調機２１の制御スケジュールを受信すると、受信した制御スケジュールで空調機２１が稼働するように空調集中コントローラ２３に制御指令を出力して、空調機２１を制御する。

ＥＭＳ２２の空調稼働実績取得部２６は、空調集中コントローラ２３を介して空調機２１の稼働実績を取得し、取得した稼働実績を管理装置１に送信する。空調稼働実績取得部２６は、空調集中コントローラ２３から空調機２１の状態変化が通知されて稼働実績を取得してもよい。また、ＥＭＳ２２が、1日など一定期間の空調機２１の稼働実績を蓄積して、管理装置１に送信してもよい。

ＥＭＳ２２の空調司令部２７は、管理装置１から空調機２１の制御スケジュールを受信すると、受信した制御スケジュールで空調機１が稼働するように、空調集中コントローラ２３に空調機２１の制御指令を出力する。

ＥＭＳ２２の受電電力計測部２８は、需要家１９の電力の使用量を計測する。計測方法は、メーターから取得してもよいし、電力計を別途取り付けてもよい。ただし、電力の使用量の計測は、電気料金の基本料金が決まる予め設定された時間間隔（例えば30分間隔など）で電力の使用量を取得し、取得した電力量を受電電力として管理装置１に送信する。このとき、受電電力計測部２８は、取得した受電電力の情報を逐次、管理装置１に送信してもよいし、１日など一定期間蓄積してから管理装置１に送信してもよい。なお、受電電力に限らず、空調機別電力、フロア別電力などのデータを計測することにより、より精度を高めることができる。

需要家１９には複数のフロア２９があるものとし、そのフロア２９には、１個以上の空調機２１が備えられているものとする。ここでは、空調機２１が稼働する領域をフロア２９であるとして説明する。
管理装置１には、CPU（Central Processing Unit）などの演算装置を搭載し、空調稼働実績収集部４、フロア熱負荷算出部６、フロア温度設定部７、変化時間算出部８、電力抑制時間算出部９、電力需要算出部１０、受電電力収集部１１、空調電力算出部１３、シフト電力算出部１４、スケジュール生成部１５、送信部１６は演算処理上のプログラムとして起動する。また、管理装置１の気象情報記憶部３、空調稼働実績記憶部５、受電実績記憶部１２は、RAM（Random Access Memory）、フラッシュメモリ、またはハードディスクなどを用いて記憶する。

次に、管理装置１の各構成について説明する。
図１で、気象情報収集部２は、ネットワーク２０を介して空調機２１が設置されている場所の天気予報２４と気象実績２５の気象情報を収集し、気象情報記憶部３に記憶する。
気象情報記憶部３は、気象情報収集部２から入力された気象情報の天気予報２４と気象実績２５を記憶する。また、フロア熱特性算出部６から気象実績２５が参照され、フロア熱負荷算出部８から天気予報２４が参照される。また、電力需要算出部１０から天気予報２４と気象実績２５が参照される。

空調稼働実績収集部４は、ネットワーク２０を介して需要家１９のＥＭＳ２２に空調機２１の稼働実績の送信要求を送信する。そして、空調機２１の稼働実績を需要家１９のＥＭＳ２２から収集し、空調稼働実績記憶部５に記憶する。
空調稼働実績記憶部５は、空調稼働実績収集部４から入力された空調機２１の稼働実績を記憶する。またフロア熱特性算出部６から空調機２１の稼働実績が参照される。

フロア熱特性算出部６は、気象情報記憶部３に記憶されている過去（現時点より前）の気象実績２５と、空調稼働実績記憶部５に記憶されている過去の空調機２１の稼働実績からフロア２９の熱特性の値（フロア熱特性）を算出する。フロア熱特性としては、例えばフロアの配置による日射の影響または外気温の影響、フロアの人の数、端末機器などから放出される熱の影響などがある。算出には、例えば熱回路網法を用いる。そして、算出したフロア熱特性をフロア熱負荷算出部７と変化時間算出部１３に出力する。

フロア熱負荷算出部７は、フロア熱特性算出部６から入力されたフロア熱特性の情報と気象情報記憶部３から取得した天気予報２４の情報を用いて、現時点以降のフロアの熱負荷の値（フロア熱負荷）を時系列のデータ（時系列データ）で算出する。そして、算出したフロア熱負荷の時系列データを変化時間算出部１３と空調電力算出部１４に出力する。

受電電力収集部８は、ネットワーク２０を介して、複数の需要家１９のＥＭＳ２２に受電電力のデータ（受電電力データ）の送信要求を送信する。そして、複数の需要家１９のＥＭＳ２２から受電電力データを収集し、受電実績記憶部９に記憶する。
受電電力記憶部９は、受電電力収集部８で収集された受電電力が入力され、記憶されている。そして、電力需要算出部１０から受電電力が参照される。

電力需要算出部１０は、気象情報記憶部３に記憶されている天気予報２４と気象実績２５、受電電力記憶部９に記憶されている受電電力を用いて、各需要家１９の需要電力の時系列データを算出する。そして、算出した需要電力の時系列データを電力抑制時間算出部１１と空調電力算出部１４とスケジュール生成部１６に出力する。

電力抑制時間算出部１１は、電力需要算出部１０で算出された各需要家１９の電力需要の時系列データを用いて、電力抑制時間を需要家１９毎に算出する。電力抑制時間は、ここでは、需要家１９で基本料金を算出する時間間隔で予測する使用電力が最大となる最大需要電力の時間を算出した時間として説明するが、各需要家に電力を提供する電力会社などから指定された、電力を抑制する時間であってもよい。

フロア温度設定部１２は、例えば管理者がフロア２９に設定する設定温度（設定された状態値）と、設定温度からの上限温度と下限温度（設定された状態値からの許容範囲）を設定することができるユーザーインタフェースである。そして設定された、これらの温度（設定された状態値と許容範囲）を記憶している。これらの温度は、フロア２９毎もしくは空調機２１毎に設定することができる。フロア温度設定部１２には、例えばビルのように人が業務を行うために必要とされる基準の温度と許容範囲（建築物における衛生的環境の確保に関する法律で定められた温度）、または製造者が独自に設定している設定温度と許容範囲などが設定されている。

変化時間算出部１３は、フロア熱特性算出部６からフロア熱特性、フロア熱負荷算出部７からフロア熱負荷の時系列データ、フロア温度設定部１２からフロアの設定温度と許容範囲、電力抑制時間算出部１１から電力抑制時間を取得する。そして、取得したフロア熱特性、フロア熱負荷の時系列データ、フロアの設定温度および許容範囲、電力抑制時間から、空調機２１が設置されたフロア２９の運転状態に応じて、電力抑制時間の熱負荷に対応して、空調機２１が温度を変化させる時間（変化時間）を算出する。そして、算出した変化時間をシフト電力算出部１５に出力する。

空調電力算出部１４は、フロア熱負荷算出部７から入力されたフロア熱負荷の時系列データと電力需要算出部１０から入力された需要電力から、フロア熱負荷を取り去るために必要な（フロア熱負荷に対応した）空調機２１の消費電力を時系列に算出する。そして、算出した空調機２１の消費電力の時系列データをシフト電力算出部１５に出力する。

シフト電力算出部１５は、変化時間算出部１３で算出された変化時間、空調電力算出部１４で算出された空調機２１の時系列データから、空調機２１が設置されたフロアで、電力抑制時間に消費電力がピークとなる時間をシフトした場合の消費電力を算出する。そして、算出した消費電力をスケジュール生成部１６に出力する。

スケジュール生成部１６は、シフト電力算出部１５から入力された消費電力と、電力需要算出部１０から入力された需要電力と、受電電力記憶部９から取得した受電電力を用いて、電力抑制時間に需要家１９全体で消費電力が抑制されるように、需要家１９の配下の空調機２１を制御する制御スケジュールを生成する。そして、生成した制御スケジュールを送信部１７に出力する。

送信部１７は、ネットワーク２０を経由して、スケジュール生成部１６から入力された制御スケジュールを需要家１８のＥＭＳ２２に送信し、ＥＭＳの管理する空調集中コントローラ２３を介して空調機２１を制御する。
以上が管理装置１の各構成の説明である。

次に、需要家群２について説明する。
図３は、この発明の実施の形態における需要家群１８の説明図である。
また、図４は、この発明の実施の形態における需要家群１８で需要電力を抑制する説明図である。
ここでは、ビルまたは工場などの需要家Ａ、Ｂ、Ｃをまとめて需要家群１８として説明する。
需要家Ａ、Ｂ、Ｃ、の配下に空調機２１が設置されているとする。そして、管理装置１は、この需要家群１８の電力の合計を抑制するために、各空調機２１の需要電力が増大する時間をシフトする制御スケジュールを生成して、需要家Ａ、Ｂ、Ｃに生成した制御スケジュールを送信する。

需要家群１８が電力会社と契約する料金体系（高圧・特別高圧）は、例えば基本料金と従量料金に分かれる。この基本料金部分は、例えば、１年間で最も消費した３０分間の電力量の最大値である最大需要電力（≒ピーク電力）で決まる。基本料金を低くして電気料金を削減するためには、１年間継続して最大需要電力を低く抑える必要がある。
そこで、需要家群１８は電気料金を削減するために、各需要家の需要電力を抑制する期間をシフトして需要家群１８全体で最大需要電力を低く抑える。この方式について以下に示す。

例えば図４に示すように、需要家Ａに設置されている空調機２１を制御し、快適性が維持されるように、予め設定された湿度と温度に空調機２１を制御し、需要家Ａの需要電力のピークの時間を遅らせる。
一方、需要家Ｂは、空調機２１を制御して、快適性が維持されるように需要電力のピークの時間を早める。

また、需要家Ｃは、空調機２１の制御が快適性に影響を与えるため、ピークシフトを行わないという選択をしたとする。
このように、複数の需要家の特性に合わせてピークシフトを行うと、需要家群１８の電力（各需要家の電力の合計）に対して、電力抑制時間に需要電力のピークを削減することができる。
上記の説明は、複数の需要家をまとめた需要家群に対して行ったが、需要家１９全体の場合には、需要家の複数のフロアに対して同じようにピークシフトを行うことで、需要家１９全体の電力抑制時間に需要電力のピークを削減することができる。

次に、管理装置１の動作について説明する。
図５は、この発明の実施の形態における管理装置１の動作を示すフローチャートである。
ここでは、需要家１９全体で、電力抑制時間に需要電力のピークを削減するために、各フロアの需要電力のピークシフトを行う例について説明する。
まず、管理装置１の気象情報収集部２が、ネットワーク２０を介して、需要家１９における天気予報２４と気象実績２５の気象情報を収集し、気象情報記憶部３に記憶する。また、空調稼働実績収集部４が、ネットワーク２０を介して需要家１９のＥＭＳ２２に、需要家１９に設置されている空調機２１の稼働実績の送信要求を送信する。そして、需要家１９のＥＭＳ２２から、需要家１９に設置されている空調機２１の稼働実績を収集し、空調稼働実績記憶部５に記憶する。また、受電電力収集部８が、ネットワーク２０を介して需要家１９のＥＭＳ２２に、受電電力の送信要求を送信する。そして、需要家１９のＥＭＳ２２から需要家１９の受電電力を収集し、受電電力記憶部９に記憶する（Ｓ１）。

そして、フロア熱特性算出部６が、気象情報記憶部３から取得した気象情報と、空調稼働実績記憶部５から取得した空調機２１の稼働実績から、需要家１９の各フロア２９での熱特性を算出する。そして、算出した需要家１９の各フロア２９での熱特性をフロア熱特性算出部６と、変化時間算出部１３に出力する。
また、フロア熱負荷算出部７が、気象情報記憶部３から取得した気象情報と、フロア熱特性算出部６から入力された各フロアでの熱特性から、各フロア２９での熱負荷の時系列データを算出する（Ｓ２）。
そして、算出した各フロアでの熱負荷の時系列データを変化時間算出部１３と空調電力算出部１４に出力する。

次に、電力需要算出部１０が、受電電力記憶部９から取得した現時点までの受電電力から、各フロア２９での現時点以降の需要電力を算出して予測する（Ｓ３）。
そして、予測した各フロア２９の需要電力を電力抑制時間算出部１１と空調電力算出部１４に出力する。
需要電力の算出には、気象情報記憶部３の天気予報２４の情報を用いて、天候の影響を考慮した高精度な予測を行ってもよい。

そして、電力抑制時間算出部１１が、電力需要算出部１０から入力された各フロアの需要電力から、電力を抑制する必要のある時刻と単位時間（電力抑制時間）を算出し、変化時間算出部１３に算出した電力抑制時間を出力する。例えば、各フロアの需要電力の合計が最大になる時刻と単位時間を算出する。

そして、変化時間算出部１３が、フロア熱特性算出部６から各フロアの熱特性、フロア熱特性算出部７から各フロアの熱負荷の時系列データ、フロア温度設定部１２から各フロアに設定された温度と許容範囲、電力抑制時間算出部１１から電力抑制時間を取得する。そして、取得したフロア熱特性、フロア熱負荷の時系列データ、フロアの設定温度および許容範囲、電力抑制時間から、空調機２１の稼働により、設定された温度の範囲内で電力抑制時間のフロア熱負荷に対応して、フロア熱負荷分を取り除くために各フロアを冷却させる予冷時間（温度を変化させる変化時間）を算出する（Ｓ５）。
そして、算出した変化時間をシフト電力算出部１５に出力する。

そして、空調電力算出部１４が、フロア熱負荷算出部７から入力された各フロアの熱負荷の時系列データと、需要電力算出部１０から入力された各フロアの需要電力から、各フロアの熱負荷に対応した空調機２１の消費電力を時系列データで算出し（Ｓ６）、算出した空調機２１の消費電力の時系列データをシフト電力算出部１５に出力する。

そして、シフト電力算出部１５は、空調電力算出部１４から入力された空調機２１の消費電力の時系列データと、変化時間算出部１３から入力された変化時間から、空調機２１の電力抑制時間に需要電力のピークをシフトさせた場合の消費電力を算出する（Ｓ６）。
そして、算出した空調機２１のピークをシフトさせた場合の消費電力をスケジュール生成部１６に出力する。

そして、スケジュール生成部１６は、シフト電力算出部１４から入力された空調機２１のピークをシフトさせた場合の消費電力と、電力需要算出部１０から入力された需要家１９の需要電力と、受電実績記憶部９に記憶された受電電力を用いて、空調機２１の制御スケジュールを生成する（Ｓ７）。
そして、生成した制御スケジュールを送信部１７に出力する。

そして、送信部１７は、ネットワーク２０を介して、スケジュール生成部１６から入力された空調機２１の制御スケジュールを需要家１９のＥＭＳ２２に送信する。
尚、ここでは、各フロア２９での変化時間を算出して、需要家１９の電力需要を抑制するとして説明したが、需要家群１８で需要電力を抑制する際には、各需要家１９での変化時間を算出して、需要家群１８で需要電力を抑制するように各需要家１９に設置されている空調機２１の制御スケジュールを作成して、空調機２１を制御する。

以上の様に、管理装置１は、収集した気象情報と、需要家１９の空調機２１の稼働実績と、空調機２１が設定された領域に設定された温度と許容範囲、および電力抑制時間に基づいて、設定された温度の範囲内で、空調機２１の稼働により、電力抑制時間の熱負荷に対応して、温度を変化させる変化時間を算出する。そして、算出した変化時間と、各フロアの熱負荷に対応した空調機２１の消費電力の時系列データを用いて、各フロア２９の空調機２１の制御スケジュールを生成する。そして、生成した制御スケジュールを需要家１９に送信して空調機２１を制御することで、設定された温度の範囲内で電力抑制時間に合わせて、需要家１９全体での需要電力を抑制することができる。また、電力抑制時間内に需要家１９全体の需要電力を抑制するため、需要家１９で契約する電気料金の基本料金が最大需要電力で決まる場合、電気料金を削減することができる。

次に、変化時間算出部１３の動作について詳細に説明する。
図６は、この発明の実施の形態における２種類のピークシフトの方式の説明図である。
また、図７は、この発明の実施の形態における変化時間算出部１３の動作を示すフローチャートである。
まず、図６を用いて、２種類のピークシフトの方式を説明し、その方式を実現する変化時間算出部１３の動作について説明する。
フロア２９全体でピークシフトをするためには、各フロアで図６に示す予冷シフトと後追い冷却シフトの２種類の方式を組み合わせる。

予冷シフトを行う場合は、電力抑制時刻になる前に室温が下限温度になるように空調機２１を制御して冷房しておき、電力抑制時刻には空調機２１を停止する。そして、電力抑制時間が過ぎてから空調機２１を稼働する。
この時、予冷に要する時間を見積もることが重要である。予冷時間の見積もりが正確にできていなければ、室温を下限温度になるまで冷房するために、空調機２１を停止する時刻が電力抑制時間にずれ込んでしまう。また、予冷期間の見積もりが正確にできずに、室温を下限温度まで下げることができていなければ、空調機２１を停止している時間の熱負荷分室温が上がる。そのため、空調機２１を再稼働した際に、停止している時間の熱負荷分を取り去るための需要電力が多くなるという弊害が起こる。

また、後追い冷却シフトを行う場合は、電力抑制時刻の前に空調機２1を停止させる。そして、電力抑制時間が過ぎてから空調機２１を稼働させる。後追いシフトの場合は、電力抑制時間が過ぎてから空調機２１を稼働させるため、空調機２１の制御は、設定温度から許容温度の範囲で通常に制御する。

そこで、変化時間算出部１３は、需要家１９に設定温度と許容範囲、および電力抑制時間が設定されると、設定された温度の範囲内で、電力抑制時間に需要電力がピークとならないように、空調機２１の予冷開始の時刻と空調機２１を停止する時刻を算出する。

ここでは、変化時間算出部１３が、空調機２１の稼働により、電力抑制時間の熱負荷に対応してフロア２９の室温を冷却する時間（温度を変化させる変化時間）を算出するアルゴリズムについて説明する。
まず、変化時間算出部１３は、フロア熱特性算出部６からフロア２９のフロア熱特性を取得し、フロア熱特性の熱容量を用いて、許容された上限温度になる熱負荷（許容できる熱負荷）を以下の式１で算出する（図７のＳ２１）。
（許容できる熱負荷）＝（熱容量）×｛（上限温度）−（設定温度）｝（式１）
尚、ここではフロア熱特性算出部６から取得したフロア熱特性のうち、熱容量を用いることとするが、加えて熱抵抗を用いてもよい。

次に、変化時間算出部１３は、フロア２９の空調機２１を停止する時間を算出する。
図８は、この発明の実施の形態における停止時間を算出する説明図である。
まず、変化時間算出部１３は、フロア熱負荷算出部７からフロア熱負荷の時系列データを取得し、電力抑制時間算出部１１からフロア２９の電力抑制時間ｔｐを取得する（Ｓ２２）。

そして、図８に示すように、電力抑制時間ｔｐの範囲内で、フロア熱負荷の時系列データを時間積分する。そして、上記式１で算出した”許容できる熱負荷”未満となる積分区間まで時間積分した積分結果を、空調機２１を停止できる時間（停止可能時間）として算出する（Ｓ２３）。

次に、予冷シフトに要する時間について説明する。
図９は、この発明の実施の形態における予冷する時間に関する説明図である。
例えば、電気料金の基本料金が算出される設定された時間間隔が３０分とする。そして、電力抑制時間ｔｐの時間が１２：００〜１３：００であり、停止可能時間が１２：００〜１３：００の間の時間ｔ１１〜ｔ１２であったとする。
予冷シフトによって予冷する時間は、電力抑制時間ｔｐの開始時間よりも前であって、電気の基本料金が算出される設定された時間単位である３０分単位の１２：００よりも前の時間に予冷が終了している必要がある。そのため、予冷に要する時間を算出して、算出した予冷に必要な時間分前の時刻から予冷を開始する必要がある。図９では、ｔ２１〜ｔ２２が予冷に要する時間であり、ｔ２２が１２：００よりも前になるように予冷の開始時間ｔ２１と予冷時間ｔ２１〜ｔ２２を算出することになる。

図１０は、この発明の実施の形態における予冷に要する時間を算出する説明図である。
予冷に要する時間は、式１で求めた”許容できる熱負荷”分を取り除くために要する時間である。そのため、予冷する熱負荷は以下の式２で算出する。
（予冷する熱負荷）＝（熱容量）×｛（設定温度）−（下限温度）｝（式２）
また、図１０に示すように、電力抑制時間の開始時刻（図９では１２：００）よりも前の時刻に予冷が完了する時刻ｔ２２を設定する。そして、設定した予冷が完了する時刻ｔ２２からフロア熱負荷の時系列データを用いて時間積分する。積分した結果、”予冷する熱負荷”が、”許容できる熱負荷”以上になる時刻が予冷を開始する時刻ｔ２１となる。

以上のように、変化時間算出部１３は、電力抑制時間のフロア熱負荷に対応して、空調機２１が予冷を開始する時刻ｔ２１と予冷時間ｔ２１〜ｔ２２の予冷に要する時間（温度を変化させる変化時間）を算出する（Ｓ２４）。
以上のように、変化時間算出部１３は、フロア２９の熱負荷に対応して、電力抑制時間内で空調機２１を停止しておける時間を算出する。そして、停止しておける時間の”許容できる熱負荷”を”予冷する熱負荷”とする。そして、電力抑制時間までの時間であって、電気の基本料金が算出さえる時間単位分前の時間から、”予冷する熱負荷”に必要な時間をフロアの熱負荷の時系列データから積算して、変化時間を算出する。

ここでは、予冷の場合について説明したが、後追い冷却シフトの場合は、電力抑制時間よりも後に空調機２１を停止する。そのため、電力抑制時刻の前に停止する時刻から、電力抑制時間後に空調機２１を再稼働し、停止していた時間分（停止可能時間分）の熱負荷を取り除くように、空調機２１の再稼働してからの時間を変化時間から算出する。
変化時間算出部１３は、このようにして算出した変化時間と予冷時間をシフト電力算出部１５に出力する。

次に、シフト電力算出部１５について説明する
シフト電力算出部１５は、変化時間算出部１３から入力された変化時間、空調電力算出部１４から入力された空調機２１の消費電力の時系列データを用いて、各フロア２９でそれぞれピークシフトした場合の需要電力（シフト電力）を算出する。そして、算出したシフト電力とシフトする予冷時間をスケジュール生成部１６に出力する。
尚、ここでは、需要家１９全体で電力抑制時間に需要電力を削減することが可能であるとして説明したが、各需要家１９で需要電力をピークシフトした場合には、需要家群１全体で電力抑制時間に需要電力を削減することが可能である。

次に、スケジュール生成部１６について説明する。
図１１は、この発明の実施の形態におけるスケジュール生成部１６の説明図である。
需要家１９に、フロアＡ、フロアＢ、フロアＣがあるとする。
図１１の左には、フロアＡで通常に空調機２１を制御した時の消費電力が示されている。また、フロアＢで、通常に空調機２１を制御した時の消費電力、フロアＣで、通常に空調機２１を制御した時の消費電力が示されている。また、フロアＡ、Ｂ、Ｃの空調機２１を制御した時の合計の消費電力が示されている。

この時、スケジュール生成部１６は、シフト電力算出部１５からフロアＡ、Ｂ、Ｃのシフト電力とシフトする予冷時間が入力され、天気予報２４から算出された各フロアの消費電力が電力需要算出部１０から入力される。そして、入力されたフロアＡ、Ｂ、Ｃのシフト電力とシフトする予冷時間、消費電力を用いて、フロア全体（需要家１９）の消費電力が、電力抑制時間で抑制されるようにフロアＡ、Ｂ、Ｃの空調機２１のスケジュールを生成する。

このようにして生成したスケジュールが図１１の右に示したものである。フロアＡの空調機２１は、予冷シフトのスケジュールを生成する。また、フロアＢの空調機２１は、フロアＡの予冷シフトよりも更に前の時間に予冷を開始する予冷シフトのスケジュールを生成する。また、フロアＣの空調機２１は、後追いシフトのスケジュールを生成する。

図１２は、この発明の実施の形態におけるフロアＡの空調機２１のスケジュールの表示例である。
管理装置１は、需要家１９のフロアＡで、電力抑制時間ｔｐの間に設定された温度の範囲内で、空調機２１を時間ｔ１ａ１〜ｔ２ａ２の間停止するスケジュールを生成する。フロアＡでは、電力抑制時間ｔｐの開始時刻より前に、予冷の終了ｔ２２が終わるように空調機２１の予冷時間ｔ２ａ１〜ｔ２ａ２を設定している。この時、管理装置１は、フロアＡの空調機２１を設定された温度の範囲内で停止する時間ｔ１１〜ｔ１２の熱負荷に対応して、予冷が必要な変化時間ｔ２１〜ｔ２２を算出する。

図１３は、この発明の実施の形態におけるフロアＢの空調機２１のスケジュールの表示例である。
管理装置１は、需要家１９のフロアＢで、予冷の終了ｔ２ｂ２が電力抑制時間ｔｐの開始時刻直前に終わるように、空調機２１の予冷時間ｔ２ｂ１〜ｔ２ｂ２を設定している。この時、管理装置１は、フロアＢの空調機２１を設定された温度の範囲内で停止する時間ｔ１ｂ１〜ｔ１ｂ２の熱負荷に対応して、予冷が必要な変化時間ｔ２ｂ１〜ｔ２ｂ２を算出する。

図１４は、この発明の実施の形態におけるフロアＣの空調機２１のスケジュールの表示例である。
管理装置１は、需要家１０のフロアＣで、後追い冷却の開始ｔ２ｃ1が電力抑制時間ｔｐの終了直後に始まるように、空調機２１の後追い冷却時間ｔ２ｃ１〜ｔ２ｃ２を設定している。この時、管理装置１は、フロアＣの空調機２１を設定された温度の範囲内で停止する時間ｔ１ｃ１〜ｔ１ｃ２の熱負荷に対応して、後追い冷却が必要な変化時間ｔ２ｃ１〜ｔ２ｃ２を算出する。
以上の様に、管理装置１は、フロアＡ、Ｂ、Ｃの空調機２１に対して、それぞれの制御スケジュールを生成する。そして、変化時間算出に処理を戻し、制御スケジュール生成までの処理を繰り返しながら、フロアＡ、Ｂ、Ｃを含む需要家１９全体の消費電力が最も少なくなるように、各フロアの制御スケジュールを生成する。

本発明の管理装置１では、設定された温度の範囲内で、電力抑制時間ｔｐの間に空調機２１を停止している間のフロアの熱負荷を予め算出して、その熱負荷を取り除くために必要な変化時間を算出して予冷時間を設定するため、設定された温度の範囲内で電力抑制時間ｔｐの開始時間までに予冷が終了するように空調機２１を制御することができる。

尚、フロアＣの後追い冷却シフトのスケジュールを生成した後に、常時収集している天気予報２４と気象実績２５の気象情報から、電力抑制時間内に気温が急に高くなるなど熱負荷が上がることが予想される場合には、スケジュール生成部１６は、フロアＣの後追い冷却シフトを電力抑制時間の終了に合わせて空調機を再稼働するように、スケジュールを生成し直す。そして、フロアＣのスケジュールに合わせて、予冷シフトを行うフロアＡとフロアＢの予冷時間を調整するように、変化時間算出部１３に処理をフィードバックする。すると変化時間算出部１３では、予冷時間を調整するための変化時間を再計算し、スケジュール生成部１６では、再計算した変化時間を用いて、電力抑制時間に空調機を停止できるようにスケジュールを生成し直す。この様に予想される熱負荷に応じて、変化時間算出のＳ５から空調機の制御スケジュール生成Ｓ８までの処理を繰り返し実行する。

なお、ここでは各フロア２９の空調機２１の制御スケジュールを生成するとして説明したが、各需要家１９の空調機２１の制御スケジュールを生成して、需要家群１８全体として電力抑制時間に消費電力を抑制するように制御することもできる。

また、空調停止時間が著しく短いフロア２９がある場合、短時間で空調機２１を稼働および停止することになり、予測している電力の削減効果が満たせない可能性がある。そのような場合には、なるべく空調停止時間が長くとれるフロアを優先的に選択して制御するようなスケジュールを生成することもできる。この様な場合には、スケジュール生成部１６がスケジュールを生成した後に、変化時間算出部１３に処理を戻す。そして、変化時間算出部１３は、空調停止時間を長くとるフロア分の電力を他のフロアで抑制できるように変化時間を算出し直し、スケジュール生成部１６はスケジュールを生成し直す。

また、負荷率や不等率という指標を用いて、フロアの制御可否を最適化することもできる。また、受電電力記憶部９から現状の契約電力（過去１年間の最大需要電力）を取得して、電気料金の削減効果を鑑み、ピークシフト運転を実施しないというスケジュールを生成することも可能である。
更に、スケジュール生成部１６に目標契約電力を設定する、または電気料金計算部を追加することにより、ピーク削減のメリットよりも従量料金による増加デメリットの大きい場合には、空調機器２１を制御しないということもできる。

このように管理装置１は、収集した気象情報と、空調機２１の稼働実績と、設定された温度と許容範囲、および電力抑制時間に基づいて、空調機２１の稼働により、設定された温度の範囲内で、電力抑制時間の熱負荷に対応して温度を変化させる変化時間を算出し、算出した変化時間を用いて各空調機２１を制御するので、需要家全体に設定された温度の範囲内で電力抑制時間に合わせて電力を抑制することができる。

また、ここでは、管理装置１が変化時間を算出する機器が空調機２１であり、空調機２１の制御スケジュールを生成して制御するとして説明したが、照明機器であってもよく、充電可能なノートＰＣ（Personal computer）などその他の電気機器であってもよい。また、蓄電池設備と連動して、電力抑制時間に合わせて蓄電池設備を動作させる制御をおこなってもよく、蓄電池設備の電力を利用したスケジュールを生成してもよい。

照明機器の場合には、予め設定された照度から許容された照度に下げている時間を変化時間として算出する。フロア熱特性は、天気の状態に影響されるフロア特性として算出する。また、フロア熱負荷算出も、天気または時間によって影響されるフロア負荷として算出する。そして、フロア特性とフロア負荷、フロアに予め設定された照度と許容される照度、電力抑制時間に基づいて変化時間を算出する。

以上のように、本発明にかかる管理装置および管理方法は、収集した気象情報と需要家内の機器の稼働実績、機器が設置され領域に設定された状態値と許容範囲、および電力抑制時間に基づいて、機器の稼働により、電力抑制時間に対応して状態値を変化させる変化時間を算出して、算出した変化時間を用いて各機器を制御する制御スケジュールを生成して各機器を制御するので、複数の領域（例えばビル全体）で設定された状態値の範囲内で電力抑制時間に合わせて電力を抑制することができる。

１ 管理装置、２ 気象情報収集部、３ 気象情報記憶部、４ 空調稼働実績収集部、５ 空調稼働実績記憶部、６ フロア熱特性算出部、７ フロア熱負荷算出部、８ 受電電力収集部、９ 受電電力記憶部、１０ 電力需要算出部、１１ 電力抑制時間算出部、１２ フロア温度設定部、１３ 変化時間算出部、１４ 空調電力算出部、１５ シフト電力算出部、１６ スケジュール生成部、１７ 送信部、１８ 需要家群、１９ 需要家、２０ ネットワーク、２１ 空調機、２２ ＥＭＳ、２３ 空調集中コントローラ、２４ 天気予報、２５ 気象実績、２６ 空調稼働実績取得部、２７ 空調司令部、２８ 受電電力計測部、２９ フロア。

Claims (7)

1. 収集した気象情報と、機器の稼働実績と、前記機器が設置された領域に設定された状態値と許容範囲、および電力を抑制する電力抑制時間に基づいて、前記機器の稼働により、前記電力抑制時間に対応して前記領域の状態値を変化させる変化時間を算出する変化時間算出部、
   該変化時間算出部で算出された時間を用いて、前記機器を制御する制御スケジュールを生成するスケジュール生成部、
   該スケジュール生成部で生成された制御スケジュールを送信する送信部
   を備えたことを特徴とする管理装置。
2. 前記収集した気象情報と前記機器の稼働実績から前記機器が設置されている領域の特性を算出する特性算出部、
   該特性算出部で算出された特性と前記収集した気象情報から、前記機器が設置されている領域の負荷の時系列データを算出する負荷算出部を更に備え、
   前記変化時間算出部は、前記特性算出部で算出された特性と前記負荷算出部で算出された負荷の時系列データを用いて、前記電力抑制時間の前記負荷に対応して前記変化時間を算出することを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
3. 気象予報と気象実績を含む気象情報を収集する気象情報収集部、
   該気象情報取得部で収集した気象情報を記憶する気象情報記憶部、
   前記機器の稼働実績を収集する稼働実績収集部、
   前記稼働実績収集部で収集した前記機器の稼働実績を記憶する稼働実績記憶部を更に備え、
   前記特性算出部は、前記気象実績記憶部に記憶されている気象情報と、前記稼働実績記憶部に記憶されている前記機器の稼働実績に基づいて前記特性を算出し、
   前記負荷算出部は、前記気象情報記憶部に記憶された気象情報を用いて前記負荷の時系列データを算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の管理装置。
4. 前記機器は空気調和機器であり、前記特性は熱特性であり、前記負荷の時系列データは熱負荷の時系列データであって、
   前記変化時間算出部で算出された変化時間と、前記熱負荷に対応した前記空気調和機器の電力の使用量に基づいて、前記電力抑制時間に対応する前記空気調和機器の電力の使用量をシフトした場合の電力を算出するシフト電力算出部を更に備え、
   前記スケジュール生成部は、前記シフト電力算出部で算出された電力と、前記空気調和機器が設置された領域の電力の使用量に基づいて前記スケジュールを生成することを特徴とする請求項２または３に記載の管理装置。
5. 前記空気調和機器が設置された領域の電力の使用実績と前記気象情報から、前記空気調和機器が設置された領域の電力の使用量を算出し、算出した使用量に基づいて前記前記空気調和機器の電力を抑制する電力抑制時間を算出する電力抑制時間算出部を更に備え、
   前記変化時間算出部は、前記電力抑制時間算出部で算出された電力抑制時間に基づいて変化時間を算出することを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
6. 前記空気調和機器が設置された領域の電力の使用実績と前記気象情報から、前記空気調和機器が設置された領域の電力の使用量を算出し、算出した使用量に基づいて前記前記空気調和機器の電力を抑制する電力抑制時間を算出する電力抑制時間算出部を更に備え、
   前記変化時間算出部は、前記電力抑制時間算出部で算出された電力抑制時間に基づいて変化時間を算出することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の管理装置。
7. 機器が設置された需要家の電力を管理する管理装置の管理方法であって、
   収集した気象情報と、機器の稼働実績と、前記機器が設置された領域に設定された状態値と許容範囲および電力を抑制する電力抑制時間に基づいて、前記機器の稼働により、前記電力抑制時間に対応して前記領域の状態値を変化させる変化時間を算出する変化時間算出ステップ、
   該変化時間算出ステップで算出された時間を用いて、前記機器を制御する制御スケジュールを生成するスケジュール生成ステップ、
   該スケジュール生成ステップで生成された制御スケジュールを送信する送信ステップ、
   を備えたことを特徴とする管理方法。

Images