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CN102403790B - 电力控制装置、电力控制系统及方法 - Google Patents

电力控制装置、电力控制系统及方法 Download PDF

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CN102403790B CN201110203563.7A CN201110203563A CN102403790B CN 102403790 B CN102403790 B CN 102403790B CN 201110203563 A CN201110203563 A CN 201110203563A CN 102403790 B CN102403790 B CN 102403790B
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Abstract

本发明涉及电力控制装置、电力控制系统及电力控制方法。根据本实施方式，电力控制装置具备接收装置、环境信息取得装置和计算装置。接收装置从电力供给侧接收请求在电力需要侧削减消耗电力的削减请求。环境信息取得装置取得表示上述电力需要侧的环境状态的环境信息。计算装置基于上述环境信息，计算与上述削减请求相对应的电力削减量。

Description

电力控制装置、电力控制系统及方法
技术领域
本发明的实施方式涉及实现电力需求控制的电力控制技术。
背景技术
近年来，应用了被称为智能电网(smart grid)的信息通信系统的电力供给系统或电力网络的开发备受瞩目。作为用于实现智能电网的技术，电力需求控制技术尤其重要。
电力需求控制技术是指，用于作为针对来自电力供给侧的消耗电力的削减请求的响应(有时称为需求响应)来实现电力需要侧的电力削减的电力控制技术。
在先技术文献：日本特开公报2008-295193
为实现智能电网，电力需求控制技术很重要。电力需求控制技术是用于实现电力需要侧的电力削减的电力控制技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种作为实际上的电力需求控制，进行包括电力需要侧的电力削减量的分配等的电力需求控制的电力控制装置。
本发明的电力控制装置具备接收装置、环境信息取得装置和计算装置。接收装置从电力供给侧接收在电力需要侧削减消耗电力的请求。环境信息取得装置取得表示上述电力需要侧的环境状态的环境信息。计算装置基于上述环境信息计算与上述削减请求相对应的电力削减量。
附图说明
图1是用于说明实施方式所涉及的电力控制系统的结构的框图。
图2是用于说明实施方式所涉及的电力需要侧的系统结构的框图。
图3是用于说明实施方式所涉及的电力需求控制的流程图。
图4是用于说明实施方式所涉及的电力需求控制的流程图。
图5是用于说明实施方式所涉及的具体例的流程图。
图6是用于说明实施方式所涉及的信息提示方法的图。
附图标记说明
10…DR服务器、11…通信网络(因特网)、12A～12D…大楼、20…中央供电站、21…送电系统、22…核电站、23…火力发电站、24…太阳能发电设备(大型太阳能发电站(mega solar))、120A、120B…控制系统、120A、120B…传感器。
具体实施方式
以下参照附图说明实施方式。
[系统的结构]
图1是用于说明实施方式所涉及的电力控制系统的结构的框图。
本实施方式的电力控制系统是用于实现例如智能电网的系统，具有执行电力需要侧的电力需求控制的服务器(以下记为DR服务器)10。DR服务器10是用于执行如下的电力控制的计算机，该电力控制作为针对来自电力供给侧的消耗电力的削减请求的需求响应(demand response：DR)，来实现电力需要侧的电力消减。
电力供给侧大体包括中央供电站20及送电系统21。送电系统21是综合了由作为基干电源发挥功能的核电站22或火力发电站23，或者作为分散型电源发挥功能的太阳能发电设备(大型太阳能发电站)24等构成的送电系统的系统。中央供电站20是对送电系统21综合地进行管理运营，对电力需要侧进行电力供给的电力供给系统。
本实施方式的电力需要侧设为具有电力设施的多个大楼12A、12B。DR服务器10经由通信网络(因特网)11与电力供给侧的中央供电站20进行信息交换。此外，DR服务器10经由通信网络与包含在电力需要侧的各电力设施中的控制系统120A、120B进行信息交换。
控制系统120A、120B分别由计算机及各种周边设备构成，进行OA设备等的电力控制(消耗电力量的控制)，该OA设备包括设置在各大楼12A、12B内的照明设备、空调设备、电梯、个人计算机和打印机。此外，控制系统120A、120B收集从设置于各大楼12A、12B内的各种传感器120A、120B输出的各计测数据。
控制系统120A、120B按照来自DR服务器10的请求，处理收集到的各计测数据，如后所述，制作电力需求控制所需的环境信息。控制系统120A、120B将制作的环境信息经由通信网络11发送给DR服务器10。各种传感器120A、120B包括对大楼内存在的人进行摄影的摄像机、对大楼内存在的人数进行计测的传感器、对照明设备的照度进行计测的照度计、对室内的温度进行计测的温度传感器、对室内的湿度进行计测的湿度传感器、对室内的风力进行计测的风力计、或者检测OA设备的启动/关闭的传感器等。
[电力需求控制]
以下，参照图2～图5说明本实施方式所涉及的电力需求控制。
图2是用于说明电力需要侧的系统结构的框图。在本实施方式中，将电力需要侧分割为多个区域，为方便起见，设想X地区内存在的4个大楼12A～12D作为各区域。DR服务器10执行针对该大楼12A～12D的电力需求控制(需求响应控制)。参照图3的流程图说明DR服务器10的基本动作。
DR服务器10若经由通信网络11接收到从中央供电站20发行的需求指令，则开始电力需求控制(步骤1)。需求指令是指，例如请求对X地区削减1000KW的消耗电力的削减请求。
DR服务器10按照需求指令，为了实现1000KW的消耗电力的削减，执行在X地区内存在的4个大楼12A～12D中对电力削减量进行配给的电力需求控制。DR服务器10取得表示大楼12A～12D的环境状态的环境信息(步骤2)。环境信息是指每个区域内存在的人数，具体而言例如是表示各大楼内存在的人数的人数信息，由大楼12A～12D的控制系统(120A、120B)来制作。
DR服务器10基于取得的环境信息，制定针对大楼12A～12D的电力削减配给(步骤S3)。即，DR服务器10基于例如在大楼内活动的人数制定针对大楼12A～12D的电力削减配给的基本方针。进而，DR服务器10考虑各大楼的每个楼层和每个分区的人数、电力消耗特性等，来执行实际上的电力削减配给的分配处理(步骤S4)。电力消耗特性是指，例如像大楼内的计算机房那样，单纯地仅以人数为因素无法削减消耗电力量的特性等。
总之，DR服务器10若从中央供电站20接收到请求对X地区削减1000KW的消耗电力的削减请求即需求指令，则基于X地区的各大楼12A～12D的环境信息(例如人数信息)，将1000KW的削减请求细分给每个大楼(每个区域)。在此，DR服务器10可以设置于各大楼，也可以构成为执行使在各地区配置的大楼间彼此相协同的管理。此外，DR服务器10也可以构成为配置于每个送电系统。在配置于每个送电系统的情况下，DR服务器10一并管理多个地区，而不是单独管理每个地区。此外，DR服务器10也可以在制定电力削减配给时执行计算机房这样的电力消耗特性的考虑。
接着，参照图4的流程图说明DR服务器10的电力需求控制的具体处理。
如前所述，DR服务器10基于作为作为环境信息的大楼内存在的人数(人数信息)，执行针对需求指令的响应即电力需求控制。在此，如图2所示，作为电力需要侧着眼于1个大楼12A。作为大楼12A的构造，划分为楼层A、B，各楼层A、B由分区A1、A2及分区B1、B2构成。即，作为电力需要侧的多个区域，设想各楼层A、B、各分区A1、A2、B1、B2。
如图1所示，大楼12A的控制系统120A通过摄像机或人数计测用传感器等传感器121A来对每个楼层、每个分区收集大楼内存在的人数的计测数据，并将该计测信息(人数信息)发送给DR服务器10。由此，DR服务器10能够取得人数信息作为环境信息(步骤S11)。
在此，作为大楼内存在的人数的计测方法，例如使用通过摄像机作为传感器121A摄像到的影像。控制系统120A通过对摄像机摄像到的影像进行图像处理的图像识别方法，对每个楼层、每个分区计测正在活动的人数。此外，有通过设置于大楼的入口或通用门的人数计测传感器作为传感器121A对大楼内存在的人数进行计测的计测方法。利用该计测方法，通过在电梯或自动扶梯、楼梯等也设置人数计测传感器，控制系统120A能够推定每个楼层、每个分区内存在的人数。进而，作为对每个楼层、每个分区内存在的人数进行高精度计测的方法，还能够利用对大楼内的每个楼层、每个分区的进出进行管理的进出管理系统所保持的人数信息。
如上所述，DR服务器10经由通信网络11，根据大楼12A的控制系统120A收集到的计测信息取得每个楼层、每个分区的人数信息作为环境信息。另外，DR服务器10从其他大楼12B～12D的控制系统也同样地取得每个楼层、每个分区的人数信息作为环境信息。
DR服务器10根据从控制系统120A发送来的计测信息计算大楼整体的消耗电力量及每个楼层、每个分区的消耗电力量(步骤S12)。DR服务器10基于计算出的消耗电力量，将消耗电力量极少的大楼内的楼层和分区、或者大楼整体的消耗电力量极少的空置大楼等，从后述的电力削减配给的分配中排除。在此，每个楼层、每个分区的消耗电力量是各自所设置的照明设备、空调设备或OA设备的消耗电力量的合计。
接着，DR服务器10计算大楼内的每个楼层、每个分区的电力削减量(目标值)(步骤S13)。在此，设定对大楼12A整体分配W(KW)作为电力削减目标值。DR服务器10根据环境信息识别出大楼12A的楼层A内存在的人数NA及楼层B内存在的人数NB。此外，识别出楼层A的分区A1中存在人数Na1、分区A2中存在人数Na2这一情况。进而，识别出楼层B的分区B1中存在人数Nb1、分区B2中存在人数Nb2这一情况。
DR服务器10对大楼内的每个楼层、每个分区设定如下所述的电力削减量(目标值)的配给。即，分配给楼层A的电力量削减目标值WA根据关系式“WA＝W×NA/(NA+NB)”来计算。同样地，分配给楼层B的电力量削减目标值WB根据关系式“WB＝W×NB/(NA+NB)”来计算。
进而，分配给分区A1的电力量削减目标值WA1根据关系式“WA1＝WA×Na1/(Na1+Na2)”来计算。分配给分区A2的电力量削减目标值WA2根据关系式“WA2＝WA×Na2/(Na1+Na2)”来计算。此外，分配给分区B1的电力量削减目标值WB1根据关系式“WB1＝WB×Nb1/(Nb1+Nb2)”来计算。分配给分区B2的电力量削减目标值WB2根据关系式“WB2＝WB×Nb2/(Nb1+Nb2)”来计算。另外，也可以在上述各关系式中对各个项乘以规定的加权系数，来考虑实际上的电力量削减目标值的平衡。
以下，说明在上述各关系式中代入具体数值的情况。在此，将大楼12A的电力削减目标值W设定为100KW。此外，将楼层A内存在的人数NA设为100人，将楼层B内存在的人数NB设为200人。此外，将楼层A的分区A1的人数Na1设为10人，将分区A2的人数Na2设为90人。进而，将楼层B的分区B1的人数Nb1设为30人，将分区B2的人数Nb2设为170人。由此，分配给每个楼层及每个分区的电力量削减目标值成为下述的情况。
分配给楼层A的电力量削减目标值WA根据“100KW×(1/3)”而成为约33KW。同样地，分配给楼层B的电力量削减目标值WB根据“100KW×(2/3)”而成为约66KW。
进而，分配给分区A1的电力量削减目标值WA1根据“33KW×(1/10)”而成为约3.3KW。分配给分区A2的电力量削减目标值WA2根据“33KW×(9/10)”而成为约29.7KW。此外，分配给分区B1的电力量削减目标值WB1根据“66KW×(3/20)”而成为约9.9KW。分配给分区B2的电力量削减目标WB2根据“66KW×(17/20)而成为约56.1KW。
如上所述，DR服务器10计算大楼内的每个楼层、每个分区的电力削减量(目标值)。在此为方便起见，对X地区的大楼12A进行了说明，当然能够在其他各个大楼12B～12D、以及各大楼的计算处理中进行应用。此外，DR服务器10除了基于作为环境信息的人数信息以外，也可以基于支付给电力供给侧的电费来计算电力量削减目标值。
DR服务器10在计算出电力量削减目标值之后，制作为达成该目标所需的电力控制信息(步骤S14)。电力控制信息是指，针对电力量削减目标来决定例如空调设备和照明设备的输出削减的具体运行控制信息。例如是指示对100W的照明设备进行关灯的个数或调光控制的信息。此外，是指示停止每小时消耗500W的空调设备或提高冷气设定温度等的信息。
在本实施方式中，DR服务器10基于作为环境信息的表示楼层、分区的位置关系和存在的人数的信息，执行对电力量削减目标进行分配的电力需求控制。这种情况下，作为环境信息，可以是不仅表示人数还表示楼层、分区内存在的人的运动信息或活动量状态的信息。动作信息和活动量状态可以通过使用摄像机作为图像传感器、对由摄像机摄像到的影像进行图像处理来提取。此外，也可以应用通过利用人所携带的无线标签计算位置信息来提取楼层、分区内存在的人的运动信息的方法。活动量状态也可以应用利用人所携带的加速度传感器来计测运动或活动量的方法。DR服务器10将运动信息和活动量信息作为上述关系式的加权系数展开，制定每个分区、每个楼层、每个大楼的电力量削减目标值。
在大楼内，也存在例如计算机房这样的无法停止空调设备的区域。DR服务器10也可以将具有这样属性的大楼内的区域预先作为电力削减的非对象区域来处理。此外，由于照明设备可以根据人的存在有无来进行削减，所以DR服务器10也可以基于照明设备所消耗的电力量，判定将设置有该照明设备的区域作为电力削减的对象还是非对象。此外，对于重要顾客等存在的区域，可以预先作为电力削减的非对象区域来处理。
[具体例]
图5是用于说明实施方式所涉及的具体例的流程图。
该具体例是利用在大楼内的窗户上安装的百叶窗(blind)的开闭状态和电力量削减的配给调整之间的关系，实现有效的电力需求控制的方法。
DR服务器10例如在大楼12A内的楼层A的分区A1中检测安装在窗户上的百叶窗的开闭状态(步骤S21)。百叶窗的开闭状态通过从控制系统120A发送来的表示百叶窗的开闭状态的信息来检测。这种情况下，百叶窗是电动式百叶窗的情况下，从百叶窗控制装置输出检测百叶窗的开闭的检测信号。此外，百叶窗不是电动式百叶窗的情况下，控制系统120A通过基于来自设置于大楼内的摄像机的影像的图像处理进行的图像识别处理，来推定百叶窗的开闭状态。
接着，DR服务器10基于从控制系统120A发送来的计测信息，计算在该分区A1中设置的照明设备和空调设备的消耗电力(步骤S22)。
进而，DR服务器10收集大楼12A外的环境信息(步骤S23)。该环境信息是指，例如大楼12A的室外温度、风力。DR服务器10使用这些信息，在百叶窗的开状态和闭状态下分别执行计算消耗电力的变化的模拟(步骤S24)。
具体而言，在盛夏这样的炎热时期，预想到空调设备的消耗电力量会变大。这种情况下，如果使百叶窗为闭状态，则能够提高空调设备的空调効率，但是另一方面为了确保照度而增加应点亮的照明设备的数量。DR服务器10通过对百叶窗的闭状态下的空调设备和照明设备的消耗电力进行模拟，能够计算平衡较好的空调设备和照明设备的消耗电力量。
另一方面，在春秋这样的季节，由于室外温度为舒适的状况，所以如果使百叶窗为开状态，则从窗户进来的入射热和幅射热进入大楼内，从而使空调设备的输出降低成为可能。此外，由于百叶窗处于开状态，所以利用外光来能够增加关灯的照明设备的数量。DR服务器10通过对在百叶窗的开状态下的空调设备和照明设备的消耗电力进行模拟，能够计算平衡较好的空调设备和照明设备的消耗电力量。
接着，DR服务器10基于在百叶窗的开闭状态下的模拟结果，执行平衡较好的空调设备和照明设备的电力量削减的配给调整(步骤S25)。因此，考虑在大楼内的窗户上安装的百叶窗的开闭状态，进行平衡较好的空调设备和照明设备的电力量削减的配给调整，从而能够实现与需求指令相对应的有效的电力需求控制。
这种情况下，在空调设备和照明设备的电力量削减的配给调整中，设定优先等级，例如由于与人数相对应的空调设备的控制较为容易，所以可以使针对空调设备的调整的等级较高。在照明设备的情况下，不仅与人数相对应地进行调整，还与人所存在的地点相对应地进行调整是有效的。此外，在电力量削减的配给调整中，例如也可以以将时间带的消耗电力量峰值排除的方式进行调整。
另外，关于大楼内的电梯或自动扶梯等的共用的大型设施，DR服务器10基于大楼整体的人的存在数或运动体信息，执行例如使设置有多台的电梯之中的1台停止的电力需求控制。此外，DR服务器10执行使楼层之间的存在人数较少的电梯停止的电力需求控制，进行大楼内的共用电力削减。
这种情况下，也包含设定优先等级的信息。作为优先等级，例如由于与人数相对应的空调设备的控制较为容易，所以使等级较高。在照明设备的情况下，不仅依存于人数，也依存于人所存在的地点，所以在自动控制中还需要位置检测。
消耗电力的削减请求时去除例如时间带的峰值。也有时根据履历信息基于趋势(trend)来利用需要预测。
[变形例]
图6是作为本实施方式的变形例而用于说明DR服务器10的控制内容的图。
如图6所示，DR服务器10在大楼内的每个楼层或每个分区中设置的显示器60或共通终端的画面上，提示表示接收到的需求指令(电力量削减请求)的内容、电力需求控制的实际控制状态等的信息。作为该信息提示方法，也可以利用例如被称为数字标牌(digital signage)的影像发布系统的机能。
此外，DR服务器10具有利用WEB网页或电子邮件等将该信息通知给例如各大楼内的电力管理者的机能。除此之外，DR服务器10也可以对各大楼内的电力管理终端定期地输出电子数据，作为电力需求控制的实绩报告。
进而，DR服务器10具有存储过去的趋势数据的数据库，也可以将日期时间信息、气象信息等作为检索关键词而从该数据库取得趋势数据，作为电力量削减请求的指标来使用。
进而，在办公大楼中，休息日出勤的情况和工作日相比，每个人的电力消耗量着实地增大。作为其对策，可以在与工作日同样的工作地点使与工作日相同设定的照明设备和空调设备进行运转的情况下，DR服务器10计算每个人数的消耗电力量，使被浪费的消耗电力量显示在显示器60上而进行可视化。此外，也可以使休息日出勤者集中在会议室等中，计算仅使会议室的照明设备和空调设备运行的情况下的消耗电力量，通过与上述情况的电力量的对比，在显示器60上显示改善度状况而进行可视化。此外，DR服务器10也可以作为电力需求控制，在显示器60上显示例如照明设备的一部分关闭、提高空调设备的冷气温度、使多台打印机之中的一部分打印机停止使用而进行可视化。
通过实现基于以上那样的信息提示方法进行的信息的可视化，能够积极有效地进行消耗电力量的削减。
以上说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子来提示，不意图限定发明的范围。这些实施方式的新的方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨内，同时包含在权利请求中记载的发明及其均等的范围内。

Claims (8)

1.一种电力控制装置，其中，具备：
接收装置，从电力供给侧接收请求在电力需要侧削减消耗电力的削减请求；
环境信息取得装置，取得表示上述电力需要侧的环境状态的环境信息，上述环境信息包括人数信息，该人数信息表示在上述电力需要侧的每个区域存在的人数；
计算装置，基于上述每个区域的环境信息，对上述每个区域计算与上述削减请求相对应的电力削减量，以对被请求削减的电力削减量进行分配调整；以及
电力控制器，基于上述计算装置计算出的电力削减量，进行与分配给上述电力需要侧的每个区域的电力削减量相对应的电力消耗控制，
上述电力控制器对于在上述电力需要侧的区域之中的、预先设定的排除在电力削减对象之外的区域，使与上述电力削减量相对应的电力消耗控制无效。
2.如权利请求1所述的电力控制装置，其中，
还具有信息提示装置，该信息提示装置在上述电力需要侧的显示器上显示表示来自上述电力供给侧的消耗电力的削减请求的内容、以及与分配给上述每个区域的电力削减量相对应的电力消耗控制的内容的信息。
3.一种电力控制系统，具有：
信息通信装置，用于与对电力需要侧供给电力的电力供给侧之间进行信息通信；以及
电力控制器，执行上述电力需要侧的电力需求控制；其中，
上述电力控制器具备：
接收装置，经由上述信息通信装置从上述电力供给侧接收消耗电力的削减请求；
环境信息取得装置，取得表示上述电力需要侧的环境状态的环境信息，上述环境信息包括人数信息，该人数信息表示在上述电力需要侧的每个区域存在的人数；
计算装置，基于上述每个区域的环境信息，对上述每个区域计算与上述削减请求相对应的电力削减量，以对被请求削减的电力削减量进行分配调整；以及
电力消耗控制器，基于上述计算装置计算出的电力削减量，进行与分配给上述每个区域的电力削减量相对应的电力消耗控制，
上述电力消耗控制器对于在上述电力需要侧的区域之中的、预先设定的排除在电力削减对象之外的区域，使与上述电力削减量相对应的电力消耗控制无效。
4.如权利请求3所述的电力控制系统，其中，
上述环境信息取得装置构成为，取得在上述电力需要侧的每个区域设置的传感器装置计测到的上述人数信息。
5.如权利请求4所述的电力控制系统，其中，
上述传感器装置包含图像识别装置，该图像识别装置基于摄像机摄像到的影像的图像处理，识别在上述每个区域存在的人数。
6.如权利请求3所述的电力控制系统，其中，
上述电力控制器基于分配给上述每个区域的电力削减量，制作用于进行针对在每个区域设置的电力需求控制对象的电力控制的信息。
7.如权利请求3所述的电力控制系统，其中，
上述电力控制器构成为，
执行针对作为上述电力需求控制对象的照明设备和空调设备的电力控制，
基于包含上述每个区域的人数、温度、照度的环境状态，调整分别针对各个上述照明设备和空调设备的电力削减量。
8.一种电力控制方法，应用于执行电力需要侧的电力需求控制的电力控制装置，其中，
该电力控制方法中：
从电力供给侧接收对上述电力需要侧请求削减消耗电力的削减请求；
取得表示上述电力需要侧的环境状态的环境信息，上述环境信息包括人数信息，该人数信息表示在上述电力需要侧的每个区域存在的人数；
基于上述每个区域的环境信息，对上述每个区域计算与上述削减请求相对应的电力削减量，以对被请求削减的电力削减量进行分配调整，
基于计算出的上述电力削减量，进行与分配给上述每个区域的电力削减量相对应的电力消耗控制，
对于在上述电力需要侧的区域之中的、预先设定的排除在电力削减对象之外的区域，使与上述电力削减量相对应的电力消耗控制无效。
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