JP4778211B2 - 年間使用電力量管理システム - Google Patents

Description

この発明は、省エネルギー法適用需要家における年間使用電力量を管理する年間使用電力量管理システムに関する。

従来のデマンド監視支援方法は、現在デマンド値（現デマンド時限における現在の使用電力量）の増加率で電力を使用していった場合の予測電力量を時々刻々算出し、この予測電力量が契約電力量を越えた場合に、警報を発し監視員への注意を喚起するものである。また、予測電力量演算を行い使用電力量が契約電力量を超えないように空調機器を主とした負荷への電源の投入、遮断を指令するものである（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−２４０３６０号公報

しかし、エネルギーの使用の合理化に関する法律（以下、省エネルギー法と称す。）に基づき電力の使用の削減の年間計画を作成して実施に移すとき、３０分間位のデマンド時限での最大使用電力量の計測、予測、抑制だけでは年間計画として実施に移せないという問題がある。すなわち、年間計画の実施のためには、年間に亘る監視、集計、コントロールが必要であるが、従来、それらを人が月報という形で集計し、それに基づいて人が省電力のための制御を指令しなければならず、集計に時間が掛かり適切な時点で制御することができない。

この発明の目的は、年間計画の実施において適切な時点で使用電力量の抑制を行い年間の使用電力量を管理する年間使用電力量管理システムを提供することである。

この発明の年間使用電力量管理システムは、時限が始めの時点と終わりの時点により挟まれた期間を意味し、月、旬または週のいずれかからなる時限、上記時限を複数に分割して得るサンプリング時限および上記サンプリング時限を複数に分割して得られるともに需要家と電力会社との契約電力に係るデマンド時限が設定され、需要家の電力系統で使用される電力量を計測する電力量計と、上記デマンド時限毎に使用される上記電力量が予め定められた複数のデマンド量のいずれか１つを超えないように需要家の使用電力量を監視制御するデマンド監視コントロール装置と、上記電力量を記憶する需要電力量記憶手段、年初において過去１年分の上記電力量と予め定められた使用電力削減率とに基づき今年度の時限毎の目標使用電力量を算出する目標電力量算出手段および上記サンプリング時限を周期とする時点毎に上記所定の時限の始めから任意の時点までの累積使用電力量を求め、該累積使用電力量と上記任意の時点前の少なくとも１つのサンプリング時限の使用電力量の平均値とから上記所定の時限の予測累積使用電力量を求め、該予測累積使用電力量が上記所定の時限に割り当てられた目標累積使用電力量を超えるまたは下回るとき、上記デマンド量の変更を上記デマンド監視コントロール装置に指令する需要電力量制御手段を有する年間使用電力量管理装置と、が備えられる。

この発明に係わる年間使用電力量管理システムの効果は、過去１年間の使用電力が記憶され、年間計画の使用電力削減率を設定することにより今後１年間に亘る所定の時限毎の目標使用電力量が求められ、所定のサンプリング時限を周期とする時点毎に所定の時限の始めから該時点までの累積使用電力量と該時点の前のサンプリング時限の使用電力とから求められた該時限の始めから該時点の次の時点までの予測累積使用電力量が該次の時点に割り当てられた目標累積使用電力量を超えるまたは下回るときデマンド量の変更をデマンド監視コントロール装置に指令するので、デマンド量の大小に従って使用電力量が制御され、人手による煩雑な操作を行わなくても年間削減目標に向けた使用電力の削減が行われる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる年間使用電力量管理システムが備えられた需要家の電力系統図である。図２は、実施の形態１に係わる年間使用電力量管理装置の機能ブロック図である。図３は、日毎の需要電力等が記憶されたテーブルのデータ構造を示す図である。図４は、月毎の使用電力量等が記憶されたテーブルのデータ構造を示す図である。図５は、前年実績および今年度計画の累積使用電力量をプロットした図である。図６は、予測累積月使用電力量が目標累積月使用電力量を越える場合を示す図である。図７は、予測累積月使用電力量が目標累積月使用電力量を下回る場合を示す図である。

需要家の電力系統２は、図１に示すように、商用電力系統３から受電点４で電力を受電し、需要家内に備えられた空調設備５ａ、ポンプモータ５ｂ、５ｃ、照明５ｄなどからなる電気設備に電力を給電している。電気設備の中のポンプモータ５ｃおよび照明５ｄは、使用電力量を制御する負荷制御盤６を介して電力が給電されている。一方、空調設備５ａとポンプモータ５ｂは、直接電力系統２に接続されている。
また、電力系統２には、使用電力量を計測するための電力量計７が備えられている。そして、電力量計７に、電力系統２に備えられた計器用変圧器８から瞬時電圧値、計器用変流器９から瞬時電流値が入力される。

需要家における電力料金は、基本料金と電力量料金から構成されている。基本料金は、過去１年間の最大需要電力の一番大きな値に基づき決定される。電力量料金は、使用した電力量に比例して決定される。なお、需要電力は、電力量計７により計測された所定デマンド時限、例えば６０分毎の使用電力量の平均値である。また、月の最大需要電力は、その月の中の最大の需要電力である。

このように電力料金が決定されるので、需要電力が最大需要電力を越えないようにするために、需要家の電力系統２には、電力量が予め定められた目標のデマンド量を超えないように電気設備の電力使用を調整するデマンド監視コントロール装置１０が備えられている。そして、デマンド監視コントロール装置１０が信号線１１を介して電気設備に接続され、その電気設備にデマンド監視コントロール装置１０から制御信号が伝送される。

デマンド監視コントロール装置１０は、所定のデマンド時限、例えば６０分、の始めから任意の計測時点までの累積電力量およびその計測時点前サンプリング間隔、例えば５分、の間の電力量変化量に基づいてデマンド時限の需要電力を予測し、それが目標のデマンド量を超過しないように電気設備の電源の投入・切離しによる制御を行う。

さらに、省エネルギー法の「第一種エネルギー管理指定工場」に該当する需要家は、中長期の電力の使用の削減を計画し、実施に移していくことが求められている。このために、年間使用電力量管理装置１２Ａがデマンド監視コントロール装置１０に接続されている。年間使用電力量管理装置１２Ａは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インタフェース回路などを有するコンピュータにより構成されている。
そして、実施の形態１に係わる年間使用電力量管理システム１Ａは、電力量計７、デマンド監視コントロール装置１０および年間使用電力量管理装置１２Ａから構成されている。

この年間使用電力量管理装置１２Ａは、図２に示すように、デマンド監視コントロール装置１０からのデマンド時限毎の需要電力をテーブルに１年間に亘って記憶する需要電力量記憶手段１３、過去１年間の使用電力量から過去１年の所定の時限としての月毎の使用電力量を算出し、年間計画として設定された年間使用電力量の削減率と過去１年の月毎の使用電力量とから、今年度の月毎の目標使用電力量を算出する目標電力量算出手段１４を有している。なお、所定の時限を月として以下説明するが、旬または週としてもこの発明を適用できる。
さらに、年間使用電力量管理装置１２Ａは、所定のサンプリング時限を日とし、月初めから当日までの使用電力量が累積された累積使用電力量と当日の使用電力量とから求まる月初めから翌日までの予測累積使用電力量が翌日に設定された目標累積使用電力量を超えるか否を判断し、超すとき省エネ適用信号をデマンド監視コントロール装置１０に送信し、予測累積使用電力量が目標累積使用電力量を下回るとき省エネ解除信号をデマンド監視コントロール装置１０に送信する需要電力量制御手段１５を有する。

次に、年間使用電力量管理装置１２Ａを用いて行われる使用電力量の管理について説明する。なお、１年は１月１日から始まり１２月３１日までとし、所定の時限を１月とし、所定のサンプリング時限を１日とする。デマンド監視コントロール装置１０には、デマンド時限として６０分が設定されているとともに２つのデマンド量が設定されている。１つのデマンド量は、電力会社との間で契約されている契約電力であり、他のデマンド量は、契約電力から３０％小さな低デマンド量である。そして、このデマンド時限毎に選択されたデマンド量または低デマンド量内にデマンド時限の需要電力が収まるように制御されている。また、デマンド監視コントロール装置１０は、年間使用電力量管理装置１２Ａから省エネ適用信号を受信するとデマンド量を低デマンド量に変更して需要電力の制御を行う。さらに、デマンド監視コントロール装置１０は、年間使用電力量管理装置１２Ａから省エネ解除信号を受信すると低デマンド量をデマンド量に変更して需要電力の制御を行う。

需要電力量記憶手段１３は、図３に示すように、任意のｋ月ｉ日において、デマンド時限毎にデマンド監視コントロール装置１０から需要電力ｘ_ｋｉｂ（ｋＷ）（ｂは１〜２４の正の整数で各デマンド時限を表す。ｉは１〜Ｎ、Ｎはその月の稼働日である。ｋは１〜１２のいずれかで、月を表す。）を収集し、使用電力量ｙ_ｋｉｂ（ｋＷｈ）に変換する。この場合、使用電力量ｙ_ｋｉｂは、ｙ_ｋｉｂ＝ｘ_ｉｂ×１（ｈ）から求められる。そして、使用電力量ｙ_ｋｉｂを累積してｉ日の日使用電力量ｐ_ｋｉ（ｋＷｈ）を求め、それを記憶する。
さらに、需要電力量記憶手段１３は、図４に示すように、ｋ月の稼働日の日使用電力量ｐ_ｋｉを累積して累積月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，ｉ}を求め、それを記憶する。なお、累積月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，ｉ}は、１日からｉ日までの日使用電力量の累積値である。そして１日からＮ日までの累積月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，Ｎ}が月使用電力量である。
このようにして１年間に亘って月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，Ｎ}が需要電力量記憶手段１３に記憶される。図５は、月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，Ｎ}を１月から１２月まで累積した実績累積使用電力量Ｑ_１，ｋをプロットした様子を示す図である。ここで、実績累積使用電力量Ｑ_１，ｋは、１月からｋ月までの月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，Ｎ}の累積値である。

次に、目標電力量算出手段１４は、過去１年間の月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，Ｎ}とこの先１年間における使用電力の削減目標値（以下、削減率と称す。）を乗算して、この先１年間の月毎の月目標使用電力量Ｗ_ｋを求める。この月目標使用電力量Ｗ_ｋを１月から１２月まで累積した目標累積月使用電力量Ｒ_１，ｋを図５の点線として示す。目標累積月使用電力量Ｒ_１，ｋは、１月からｋ月までの月目標使用電力量Ｗ_ｋの累積値である。

次に、需要電力量制御手段１５は、図６に示すように、月目標使用電力量Ｗ_ｋとｋ月の稼働日数Ｎとから各稼働日の目標累積日使用電力量Ｓ_{ｋ，１，ｉ}を求める。目標累積日使用電力量Ｓ_{ｋ，１，ｉ}は月目標使用電力量Ｗ_ｋを稼動日数Ｎで割った日目標使用電力量を１日からｉ日まで累積した値である。

次に、需要電力量制御手段１５は、デマンド監視コントロール装置１０からの月初めからｉ日目までの実績の使用電力量が累積された累積月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，ｉ}を需要電力量記憶手段１３から取得する。
それから、その累積月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，ｉ}と当日ｉ日の日使用電力量ｐ_ｋｉを用いて、１日から翌日（ｉ＋１）日迄の予測累積月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，（ｉ＋１）}を式（１）に従って求める。

Ｐ_{ｋ，１，（ｉ＋１）}＝Ｐ_{ｋ，１，ｉ}＋ｐ_ｋｉ （１）

需要電力量制御手段１５は、予測累積月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，（ｉ＋１）}が、図６に示すように、目標累積月使用電力量Ｓ_{ｋ，１，（ｉ＋１）}を越えると判断したとき、省エネ適用信号をデマンド監視コントロール装置１０に送信する。デマンド監視コントロール装置１０は、省エネ適用信号を受信すると今まで用いてきたデマンド量より３０％位小さな低デマンド量を用いてデマンド時限毎に需要電力がその低デマンド量を超えないように電気設備の電源を制御する。このように使用電力を制御することにより、月目標使用電力量Ｗ_ｋ以下に使用電力量を抑制することができる。

また、図７に示すように、予測累積月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，ｉ}が目標累積月使用電力量Ｓ_{ｋ，１，ｉ}を上回っているとともにすでに省エネ適用信号が前日には発せられていたとき、需要電力量制御手段１５は、予測累積月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，（ｉ＋１）}が目標累積月使用電力量Ｓ_{ｋ，１，（ｉ＋１）}を下回ると判断したとき、省エネ解除信号をデマンド監視コントロール装置１０に送信する。

このような年間使用電力量管理システムは、過去の需要電力が記憶され、年間計画の削減率に従って目標使用電力量が求められ、その目標使用電力量以下に使用電力量がなるようにデマンド量が変更されるので、人手による煩雑な操作を行わなくても年間削減目標に向けた実施が可能である。

なお、実施の形態１において翌日までの予測累積月使用電力量が目標累積月使用電力量を超えるまたは下回るとき、デマンド量の変更をデマンド監視コントロール装置に指令しているが、例えば、週末または月末までの予測累積月使用電力量が目標累積月使用電力量を超えるか否かを判断し、デマンド量の変更を指令しても同様な効果が得られる。
また、翌日までの予測累積月使用電力量の予測に当日だけの使用電力量が用いられているが、複数日の使用電力量の平均値を用いて予測を行ってもよい。

実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２に係わる年間使用電力量管理システムが備えられた需要家の電力系統図である。図９は、実施の形態２に係わる年間使用電力量管理装置の機能ブロック図である。
実施の形態２に係わる年間使用電力量管理システム１Ｂでは、図８に示すように、実施の形態１に係わる年間使用電力量管理システム１Ａのデマンド監視コントロール装置１０が省略されている。一方、空調設備５ａ、ポンプモータ５ｂは負荷制御盤６と同様に使用電力が外部からの抑制信号により減少され、抑制解除信号により通常に復帰される省電力運転モードを有している。
そして、実施の形態２に係わる年間使用電力量管理装置１２Ｂは、電力量計７から直接使用電力量が入力される。
また、年間使用電力量管理装置１２Ｂは、信号線１１を介して空調設備５ａ、ポンプモータ５ｂおよび負荷制御盤６に接続され、抑制／抑制解除信号が直接年間使用電力量管理装置１２Ｂから入力される。

この年間使用電力量管理装置１２Ｂは、図９に示すように、実施の形態１に係わる年間使用電力量管理装置１２Ａの需要電力量記憶手段１３の替わりに使用電力量記憶手段１８、需要電力量制御手段１５の替わりに使用電力量制御手段１９を有している。その他は実施の形態１に係わる年間使用電力量管理装置１２Ａと同様であるので同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。

使用電力量記憶手段１８は、実施の形態１の需要電力量記憶手段１３と異なり電力量計７から直接使用電力量が入力されるので、２４時間の使用電力量を積算して日使用電力量ｐ_ｋｉ（ｋＷｈ）を求め、それを記憶する。これ以降は、実施の形態１の需要電力量記憶手段１３と同様であるので説明を省略する。

次に、使用電力量制御手段１９は、予測累積月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，（ｉ＋１）}を求めるまで、実施の形態１の需要電力量制御手段１５と同様であるので、説明は省略する。
予測累積月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，（ｉ＋１）}が、目標累積月使用電力量Ｓ_{ｋ，１，（ｉ＋１）}を越えるとき、予め定められた順番に電気設備に抑制信号を送り、電気設備を省電力運転モードに変更する。この省電力運転モードでは使用電力量が減少し、月目標使用電力量Ｗ_ｋ以下に使用電力量を抑制することができる。
また、予測累積月使用電力量Ｐ_{ｋ，１，（ｉ＋１）}が、目標累積月使用電力量Ｓ_{ｋ，１，（ｉ＋１）}を下回るとき、抑制信号を送る順番と反対の順番で電気設備に抑制解除信号を送り、運転モードを通常に戻す。

このような年間使用電力量管理システムは、省電力運転機能が備わった電気設備や負荷制御盤などが具備された電力系統において、デマンド監視コントロール装置が設置されていなくても年間使用電力量管理装置が直接それらを制御するので、人手によらず需要家の年間使用電力量を目標以下に抑制することができる。

なお、デマンド時限として６０分を例にあげて説明したが、３０分、１５分であっても本発明を同様に適用することができる。
また、目標使用電力量を月毎に設定した例により本発明を説明したが、旬や週毎に目標使用電力量を設定し、実績値をそれ以下になるように制御することにより、年間使用電力量を削減することができる。

この発明の実施の形態１に係わる年間使用電力量管理システムが備えられた需要家の電力系統図である。 実施の形態１に係わる年間使用電力量管理装置の機能ブロック図である。 日毎の需要電力等が記憶されたテーブルのデータ構造を示す図である。 月毎の使用電力量等が記憶されたテーブルのデータ構造を示す図である。 前年実績および今年度計画の累積使用電力量をプロットした図である。 予測累積月使用電力量が目標累積月使用電力量を越える場合を示す図である。 予測累積月使用電力量が目標累積月使用電力量を下回る場合を示す図である。 この発明の実施の形態２に係わる年間使用電力量管理システムが備えられた需要家の電力系統図である。 実施の形態２に係わる年間使用電力量管理装置の機能ブロック図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 年間使用電力量管理システム、２ 電力系統、３ 商用電力系統、４ 受電点、５ａ 空調設備、５ｂ、５ｃ ポンプモータ、５ｄ 照明、６ 負荷制御盤、７ 電力量計、８ 計器用変圧器、９ 計器用変流器、１０ デマンド監視コントロール装置、１１ 信号線、１２Ａ、１２Ｂ 年間使用電力量管理装置、１３ 需要電力量記憶手段、１４ 目標電力量算出手段、１５ 需要電力量制御手段、１８ 使用電力量記憶手段、１９ 使用電力量制御手段。

Claims (1)

1. 時限が始めの時点と終わりの時点により挟まれた期間を意味し、月、旬または週のいずれかからなる時限、上記時限を複数に分割して得るサンプリング時限および上記サンプリング時限を複数に分割して得られるともに需要家と電力会社との契約電力に係るデマンド時限が設定され、
   需要家の電力系統で使用される電力量を計測する電力量計と、
   上記デマンド時限毎に使用される上記電力量が予め定められた複数のデマンド量のいずれか１つを超えないように需要家の使用電力量を監視制御するデマンド監視コントロール装置と、
   上記電力量を記憶する需要電力量記憶手段、年初において過去１年分の上記電力量と予め定められた使用電力削減率とに基づき今年度の時限毎の目標使用電力量を算出する目標電力量算出手段および上記サンプリング時限を周期とする時点毎に上記所定の時限の始めから任意の時点までの累積使用電力量を求め、該累積使用電力量と上記任意の時点前の少なくとも１つのサンプリング時限の使用電力量の平均値とから上記所定の時限の予測累積使用電力量を求め、該予測累積使用電力量が上記所定の時限に割り当てられた目標累積使用電力量を超えるまたは下回るとき、上記デマンド量の変更を上記デマンド監視コントロール装置に指令する需要電力量制御手段を有する年間使用電力量管理装置と、
   が備えられることを特徴する年間使用電力量管理システム。

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