JP6156493B2 - 電力管理装置 - Google Patents

Description

この発明は、電力管理装置に関するものである。

従来における電力管理装置においては、監視対象の建物におけるデマンド制御に影響するイベント情報、過去にデマンド値が契約電力を超過したときの環境情報、気象条件の予報情報及び電力規制情報を含む電力消費関連情報を取得する電力消費関連情報取得部と、この電力消費関連情報取得部で取得した電力消費関連情報に基づいて、デマンド予測情報を算出するデマンド予測算出部と、このデマンド予測算出部で算出したデマンド予測情報に基づいて、動作を制御する設備機器を判定し、接続された当該建物の利用者が閲覧するビル情報管理サーバに、設備機器の制御内容を送信する設備機器制御部と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

日本特開２０１１−１９３６３９号公報

ここで、特に、デマンド制御の対象となる負荷設備が例えば熱間圧延プラント等の工場の設備機器であった場合、生産状況の変化、操業中の異常発生、あるいは、負荷設備から発生した回生電力等に起因して、負荷設備での消費電力が瞬間的に急峻に変化することがある。

しかしながら、特許文献１に示された従来における電力管理装置においては、生産状況の変化、操業中の異常発生、あるいは、負荷設備から発生した回生電力等に起因する負荷設備の消費電力の瞬間的で急峻な変化については全く考慮されていない。特に、操業時の異常発生等は事前に予測することが困難であり、デマンド予測が実績と大きく乖離する可能性がある。そして、このようなデマンド予測の実績からの乖離が原因となり最終的に契約電力量を超過してしまうおそれがある。

また、負荷設備の消費電力の瞬間的で急峻な変化に備えるために、安全マージンを大きくとって契約電力量を大きくした場合、経済的な不利益を被ったり、エネルギー利用効率の悪化を招来したりする可能性がある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、負荷設備の瞬間的かつ急峻な消費電力量変化に対して適切に対応することが可能であり、電力を効率的に活用することができる電力管理装置を得るものである。

この発明に係る電力管理装置においては、複数の負荷設備からなる負荷設備群の電力を管理する電力管理装置であって、前記複数の負荷設備のそれぞれについての消費電力の瞬間値を検出する検出部と、前記複数の負荷設備のそれぞれについての消費電力の瞬間値を予測する予測部と、前記複数の負荷設備のそれぞれについて、前記検出部による検出値と前記予測部による予測値との差分を演算する演算部と、前記演算部により演算された差分の正負に基づいて、前記検出部による検出値が前記予測部による予測値よりも小さい場合に蓄電指令を出力し、前記検出部による検出値が前記予測部による予測値よりも大きい場合に放電指令を出力する制御部と、前記制御部から出力された蓄電指令に基づいて蓄電し、前記制御部から出力された放電指令に基づいて放電する蓄放電装置と、を備えた構成とする。

この発明に係る電力管理装置においては、負荷設備の瞬間的かつ急峻な消費電力量変化に対して適切に対応することが可能であり、電力を効率的に活用することができるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る電力管理装置が適用される熱間圧延プラントの構成を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る電力管理装置の全体構成を模式的に示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る電力管理装置における負荷設備の消費電力の実測値及び予測値の差分と蓄放電装置制御部から出力される蓄電指令／放電指令との関係を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る電力管理装置の動作を説明する図である。

この発明を添付の図面に従い説明する。各図を通じて同符号は同一部分又は相当部分を示しており、その重複説明は適宜に簡略化又は省略する。

実施の形態１．
図１から図４は、この発明の実施の形態１に係るもので、図１は電力管理装置が適用される熱間圧延プラントの構成を説明する図、図２は電力管理装置の全体構成を模式的に示すブロック図、図３は電力管理装置における負荷設備の消費電力の実測値及び予測値の差分と蓄放電装置制御部から出力される蓄電指令／放電指令との関係を説明する図、図４は電力管理装置の動作を説明する図である。

図１において、圧延材を抽出する再熱炉１０（Ｒｅｈｅａｔｉｎｇ Ｆｕｒｎａｃｅ：ＲＦ）の出側には、粗圧延機２０（Ｒｏｕｇｈｉｎｇ Ｍｉｌｌｓ：ＲＭ）が配置されている。粗圧延機２０の出側には、クロップシャー３０（Ｃｒｏｐ Ｓｈｅａｒ：ＣＳ）が配置されている。クロップシャー３０の出側には、仕上げ圧延機４０（Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ Ｍｉｌｌｓ：ＦＭ）が配置されている。そして、仕上げ圧延機４０の出側には、巻取り機５０（Ｄｏｗｎ Ｃｏｉｌｅｒ：ＤＣ）が配置されている。

再熱炉１０で抽出された圧延材は、まず、粗圧延機２０により圧延される。粗圧延機２０での圧延後、クロップシャー３０により鋼板（圧延材）の先端及び尾端の屑が剪断される。続いて、仕上げ圧延機４０が圧延材を製品板厚まで圧延する。その後、巻取り機５０が圧延材をコイル状に巻き取る。

再熱炉１０は再熱炉モータ１１を動力として駆動する。粗圧延機２０の圧延動作は粗圧延機モータ２１を動力源としている。粗圧延機モータ２１は粗圧延機駆動装置２２により駆動される。粗圧延機駆動装置２２は、粗圧延機モータ２１へと供給する電力を調整することで、粗圧延機モータ２１の動作を制御している。

クロップシャー３０の動力源はクロップシャーモータ３１である。仕上げ圧延機４０の圧延動作は仕上げ圧延機モータ４１を動力源としている。仕上げ圧延機モータ４１は仕上げ圧延機駆動装置４２により駆動される。仕上げ圧延機駆動装置４２は、仕上げ圧延機モータ４１へと供給する電力を調整することで、仕上げ圧延機モータ４１の動作を制御している。

そして、巻取り機５０の動力源は巻取り機モータ５１である。なお、以上の熱間圧延行程においては、圧延材は要所で適宜に冷却装置により冷却される。この冷却装置へと冷却水を供給するために、水溜め６０及びポンプ６１が設置されている。

以上のように構成された熱間圧延プラントにおいては、再熱炉モータ１１、粗圧延機モータ２１、クロップシャーモータ３１、仕上げ圧延機モータ４１、巻取り機モータ５１及びポンプ６１は、プラントの運転のために電力を消費する負荷設備１である。負荷設備１は、複数設けられている。これらの負荷設備１は、複数の負荷設備１からなる負荷設備群に区分けられている。負荷設備群は、複数設けられてもよい。

具体的に図１においては、再熱炉モータ１１は複数設けられている。そして、これら複数の再熱炉モータ１１は１つの負荷設備群を構成している。また、複数の粗圧延機モータ２１は、１つの負荷設備群を構成している。さらに、複数の仕上げ圧延機モータ４１は、１つの負荷設備群を構成し、複数のポンプ６１も、１つの負荷設備群を構成している。

こうして設けられた複数の負荷設備１（負荷設備群）へと供給する電力を管理する電力管理装置は、図２に示すようにして構成されている。図２において、複数の負荷設備１のそれぞれについて、実際に消費されている電力の瞬間値は、電力検出部２により検出される。電力予測部３は、複数の負荷設備１のそれぞれについて、消費電力の瞬間値を予測する。

電力検出部２により検出された各負荷設備１の消費電力の瞬間値（実測値）は、差分演算部４へと入力される。また、電力予測部３により予測された各負荷設備１の消費電力の瞬間値（予測値）も、差分演算部４へと入力される。差分演算部４は、負荷設備１のそれぞれについて、電力検出部２により検出された実測値と電力予測部３により予測された予測値との差分を演算する。ここでは、差分演算部４は、電力予測部３による予測値から電力検出部２による実測値を減じることにより差分値を演算する。すなわち、負荷設備１のそれぞれについて、（差分値）＝（予測値）−（実測値）である。

差分演算部４により演算された差分値は、蓄放電装置制御部５へと入力される。蓄放電装置制御部５は、蓄放電装置６の蓄電動作及び放電動作を制御するためのものである。蓄放電装置６は、蓄電可能かつ放電可能な２次電池又はキャパシターにより構成される。蓄放電装置６は、負荷設備群毎に設置されている。

また、本実施形態に係る電力管理装置が適用される設備（熱間圧延プラント）には、負荷設備１のそれぞれへと電力を供給する図示しない電源装置が備えられている。各負荷設備１は、この電源装置から供給される電力と、負荷設備群毎に設けられた蓄放電装置６から供給される電力とによって駆動される。ある負荷設備１に対して電源装置から供給される電力量は、当該負荷設備１について電力予測部３により予測された消費電力の予測値に基づいて確保される。

蓄放電装置制御部５は、差分演算部４により演算された差分値に基づいて、蓄放電装置６へと蓄電指令又は放電指令を出力する。蓄放電装置６は、蓄放電装置制御部５からの蓄電指令又は放電指令に基づいて、電源装置からの電力の蓄電、又は、負荷設備１への放電（電力供給）のいずれかを行う。具体的には、蓄放電装置制御部５における蓄電指令及び放電指令のいずれを出力するかの判断は、差分演算部４により演算された差分値の正負に基づいて行われる。

この蓄放電装置制御部５から蓄放電装置６への指令と、差分演算部４により演算された差分値との関係について、図３に示す。差分演算部４により演算された差分値が正である場合、すなわち、電力検出部２の実測値が電力予測部３の予測値よりも小さい場合、蓄放電装置制御部５は蓄放電装置６へと蓄電指令を出力する。逆に、差分演算部４により演算された差分値が負である場合、すなわち、電力検出部２の実測値が電力予測部３の予測値よりも大きい場合、蓄放電装置制御部５は蓄放電装置６へと放電指令を出力する。なお、差分演算部４により演算された差分値が０である場合、すなわち、電力検出部２の実測値と電力予測部３の予測値とが全く等しい場合、蓄放電装置制御部５は蓄電指令及び放電指令のいずれも出力しない。

ここで、前述したように、蓄放電装置６は、負荷設備群毎に設けられている。そこで、蓄放電装置制御部５における蓄電指令又は放電指令の出力も、負荷設備群を単位として行われる。すなわち、蓄放電装置制御部５は、前記制御部は、差分演算部４により演算された差分値の負荷設備群毎の総和に基づいて、当該負荷設備群の蓄放電装置６へと蓄電指令又は放電指令を出力する。

具体的には、ある負荷設備群について、当該負荷設備群に属する負荷設備１毎に差分演算部４により演算された差分値の総和が正である場合、蓄放電装置制御部５は当該負荷設備群の蓄放電装置６へと蓄電指令を出力する。この場合、当該負荷設備群については、電源装置からの電力は、当該負荷設備群に属する各負荷設備１の駆動と当該負荷設備群の蓄放電装置６への蓄電に用いられる。

また、逆に、ある負荷設備群について、当該負荷設備群に属する負荷設備１毎に差分演算部４により演算された差分値の総和が負である場合、蓄放電装置制御部５は当該負荷設備群の蓄放電装置６へと放電指令を出力する。この場合、当該負荷設備群に属する各負荷設備１は、電源装置からの電力と当該負荷設備群の蓄放電装置６から放電された電力とにより駆動される。

差分演算部４により演算された差分値が正である場合、すなわち、電力検出部２の実測値が電力予測部３の予測値よりも小さい場合、負荷設備１により消費されると予想された瞬間的な電力量よりも実際に負荷設備１により消費される瞬間的な電力量の方が少なくて済むということである。したがって、電源装置から供給される電力に余剰が生じるため、蓄放電装置制御部５は蓄電指令を出力して、この余剰分を蓄放電装置６への蓄電に回す。

一方、差分演算部４により演算された差分値が負である場合、すなわち、電力検出部２の実測値が電力予測部３の予測値よりも大きい場合、負荷設備１により消費されると予想された瞬間的な電力量よりも実際に負荷設備１により消費される瞬間的な電力量の方が多くなるということである。したがって、電源装置から供給される電力では不足するおそれがあるため、蓄放電装置制御部５は放電指令を出力して、蓄放電装置６からの電力でもってこの不足分を補うことができる。

なお、電力検出部２により検出された負荷設備１の消費電力が負である場合、当該負荷設備１は回生状態にある。すなわち、当該負荷設備１は電力を消費することなく、逆に当該負荷設備１からは回生電力が生じている状態となっている。この場合、電力予測部３における当該負荷設備１での消費電力の予測値のいかんに関わらず、当該負荷設備１からの回生電力分は、余剰電力として蓄放電装置６に蓄電しておくことができる。そこで、蓄放電装置制御部５は、電力検出部２により検出された実測値に基づいて、負荷設備１が回生状態であると判断される場合には、蓄放電装置６へと蓄電指令を出力する。この場合、蓄放電装置制御部５は、回生エネルギー制御部として機能していると言い換えることができる。

蓄放電装置制御部５から蓄放電装置６へと出力された蓄電指令及び放電指令の結果は、記憶部７に記憶され、蓄積される。記憶部７に記憶された情報は、表示部８に表示することで、その内容を確認することができる。なお、記憶部７に記憶される情報としては、蓄電指令及び放電指令の結果の他、蓄放電装置６における蓄放電サイクル回数や、蓄放電サイクル回数に基づく蓄放電装置６の寿命の推定値等を含むようにしてもよい。

表示部８は、記憶部７に記憶された蓄電指令及び放電指令の結果等の他、電力検出部２により検出された負荷設備１の瞬間的な消費電力の実測値、電力予測部３により算出された負荷設備１の瞬間的な消費電力の予測値、差分演算部４により演算された実測値と予測値との差分値、負荷設備１が回生運転中であるか否か（回生運転中で有る場合にはその回生電力量）等の情報を表示可能なようにしてもよい。また、これらの情報についても、記憶部に記憶・蓄積して、過去の履歴を表示部８において表示して確認することができるようにしてもよい。

本実施形態に係る電力管理装置は、電力予測部３における各負荷設備１の消費電力量の予測精度を向上させるための学習機能部９を備えている。学習機能部９は、差分演算部４により演算された電力検出部２の実測値と電力予測部３の予測値との差分値に基づいて、予測値を実測値により近づけるための予測値の修正値αを算出する。

この修正値αは、例えば最小二乗法を用いることにより、一定期間内における実測値と予測値との差分値の平方和を最も小さくすることができるような予測値の修正値として算出される。なお、学習機能部９において、差分値が最も小さくなるように、電力予測部３で用いられている消費電力予測アルゴリズムのパラメータを最適化するようにしてもよい。

学習機能部９において算出された修正値αは、電力予測部３へと送信される。そして、電力予測部３は、以降の各負荷設備１の消費電力の予測を、この修正値αを用いて行う。こうして、学習機能部９における学習結果の電力予測部３への反映が行われる。このようにして、学習機能部９により算出された修正値αを電力予測部３に反映することで、電力予測部３の予測精度を向上し、電力予測部３による予測値の、負荷設備１の実際の消費電力からの乖離を小さくすることができる。

以上のようにして構成された負荷設備１の電力管理装置の動作を、図４を参照しながら今一度説明する。
まず、図４のステップＳ１１において、電力予測部３は、負荷設備１における瞬間的な消費電力の予測値を計算し、この計算した予測値を送信する。続くステップＳ１２において、ステップＳ１１における予測値の計算及び送信が正常に行われたか否かが確認される。予測値の計算及び送信が正常に行われていない場合、ステップＳ１１へと戻って再び予測値の計算をやり直すか、あるいは、ステップＳ１３へと進み異常処理を実行した上で処理を終了する。

また、以上のステップＳ１１からステップＳ１３と並行して、ステップＳ２１で、電力検出部２は、負荷設備１における瞬間的な消費電力の実測値を検出し、この検出した実測値を送信する。続くステップＳ２２において、ステップＳ２１における実測値の検出及び送信が正常に行われたか否かを確認する。実測値の検出及び送信が正常に行われていない場合、ステップＳ２１へと戻って再び予測値の計算をやり直すか、あるいは、ステップＳ２３へと進み異常処理を実行した上で処理を終了する。

ステップＳ１２において予測値の計算及び送信が正常に行われていることが確認され、かつ、ステップＳ２２において実測値の計算及び送信が正常に行われていることが確認された場合には、ステップＳ３０へと進む。このステップＳ３０においては、差分演算部４は、電力予測部３により送信された予測値から電力検出部２により送信された実測値を減じて、差分値を演算する。

続くステップＳ３１において、蓄放電装置制御部５は、ステップＳ３０で演算された差分値を評価し、差分値がβより大きいか、あるいは、−βより小さいかを判断する。ここで、βは予め定められた判定閾値で、β≧０である。このβは、予測値が実測値からどの程度乖離した場合に、蓄放電装置６の蓄電又は放電を行うかを規定するものである。βを大きくするほど、許容される（すなわち、蓄放電装置６の蓄電及び放電のいずれも行わない）乖離の程度が大きくなる。なお、前述した蓄放電装置制御部５の動作は、β＝０とした場合に相当する。

ステップＳ３１で差分値がβより大きい場合には、ステップＳ３２へと進んで蓄放電装置制御部５は蓄電指令を送信する。一方、ステップＳ３１で差分値が−βより小さい場合には、ステップＳ３３へと進んで蓄放電装置制御部５は放電指令を送信する。ステップＳ３２、ステップＳ３３の後はステップＳ３４へと進む。このステップＳ３４においては、蓄放電装置制御部５からの蓄電指令又は放電指令の送信が正常に行われたか否かが確認される。

蓄電指令又は放電指令の送信が正常に行われた場合、ステップＳ３５へと進み、蓄放電装置６は蓄電指令又は放電指令に従って蓄電又は放電を行う。一方、蓄電指令又は放電指令の送信が正常に行われていない場合、ステップＳ３２又はステップＳ３３へと戻って再び蓄電指令又は放電指令の計算をやり直すか、あるいは、ステップＳ３６へと進み異常処理を実行した上で処理を終了する。

以上のように構成された電力管理装置は、複数の負荷設備１のそれぞれについての消費電力の瞬間値を検出する検出部である電力検出部２と、複数の負荷設備のそれぞれについての消費電力の瞬間値を予測する予測部である電力予測部３と、複数の負荷設備のそれぞれについて、検出部による検出値と予測部による予測値との差分を演算する演算部である差分演算部４と、この演算部により演算された差分の正負に基づいて、蓄電指令又は放電指令を出力する制御部である蓄放電装置制御部５と、この制御部から出力された蓄電指令又は放電指令に基づいて、蓄電又は放電する蓄放電装置６と、を備えている。

このため、複数の負荷設備のそれぞれについての瞬間的な消費電力の変化が生じた際に、予測値が実測値から乖離した場合に、電源装置から供給される電力に余剰が生じるようであればこの余剰分を蓄放電装置６に蓄電し、電源装置から供給される電力では不足が生じるようであれば、その不足分を蓄放電装置６からの放電により補うことができる。

よって、生産状況の変化や操業中の異常発生による負荷設備の瞬間的かつ急峻な消費電力量変化に対して適切に対応することが可能であり、電力を効率的に活用することができる。

また、蓄放電装置制御部５は、電力検出部２の検出値に基づいて、負荷設備１が回生状態である場合には、蓄放電装置６へと蓄電指令を出力するようにすることで、負荷設備が回生状態となった際の消費電力の変化を緩和するとともに、発生した回生電力を有効に活用することができる。

さらに、蓄放電装置制御部５は、負荷設備群毎の差分の総和の正負に基づいて、当該負荷設備群の蓄放電装置６へと蓄電指令又は放電指令を出力するようにすることで、複数の負荷設備１からなる負荷設備群を単位として蓄電／放電の判断を行い、各負荷設備１での消費電力の変化を平滑化して扱うことが可能となる。また、個々の負荷設備１毎に蓄電／放電した場合と比較して蓄放電装置６の蓄放電サイクル数を低減させ、蓄放電装置６の長寿命化にも寄与することができる。

加えて、蓄放電装置制御部５から出力された蓄電指令及び放電指令の結果等の各種の情報を記憶部７に記憶・蓄積しておき、必要に応じてその内容を表示部８で確認することができるようにすることで、例えば、何らかの異常等が発生した後にその際の状況の事後的な分析に有用である。

この発明は、複数の負荷設備からなる負荷設備群の電力を管理する電力管理装置に利用できる。

１ 負荷設備、 ２ 電力検出部、 ３ 電力予測部、 ４ 差分演算部、 ５ 蓄放電装置制御部、 ６ 蓄放電装置、 ７ 記憶部、 ８ 表示部、 ９ 学習機能部、 １０ 再熱炉、 １１ 再熱炉モータ、 ２０ 粗圧延機、 ２１ 粗圧延機モータ、 ２２ 粗圧延機駆動装置、 ３０ クロップシャー、 ３１ クロップシャーモータ、 ４０ 仕上げ圧延機、 ４１ 仕上げ圧延機モータ、 ４２ 仕上げ圧延機駆動装置、 ５０ 巻取り機、 ５１ 巻取り機モータ、 ６０ 水溜め、 ６１ ポンプ。

Claims (6)

1. 複数の負荷設備からなる負荷設備群の電力を管理する電力管理装置であって、
   前記複数の負荷設備のそれぞれについての消費電力の瞬間値を検出する検出部と、
   前記複数の負荷設備のそれぞれについての消費電力の瞬間値を予測する予測部と、
   前記複数の負荷設備のそれぞれについて、前記検出部による検出値と前記予測部による予測値との差分を演算する演算部と、
   前記演算部により演算された差分の正負に基づいて、前記検出部による検出値が前記予測部による予測値よりも小さい場合に蓄電指令を出力し、前記検出部による検出値が前記予測部による予測値よりも大きい場合に放電指令を出力する制御部と、
   前記制御部から出力された蓄電指令に基づいて蓄電し、前記制御部から出力された放電指令に基づいて放電する蓄放電装置と、を備えたことを特徴とする電力管理装置。
2. 前記制御部は、前記検出部の検出値に基づいて、前記負荷設備が回生状態である場合に蓄電指令を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
3. 前記負荷設備群は複数設けられ、
   前記蓄放電装置は、複数の前記負荷設備群毎に設けられ、
   前記制御部は、前記負荷設備群毎の前記差分の総和の正負に基づいて、当該負荷設備群の前記蓄放電装置へと蓄電指令又は放電指令を出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力管理装置。
4. 前記制御部から出力された蓄電指令及び放電指令の結果を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された蓄電指令及び放電指令の結果を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力管理装置。
5. 前記表示部は、前記演算部により演算された前記差分を表示可能であることを特徴とする請求項４に記載の電力管理装置。
6. 前記演算部により演算された前記差分に基づいて、前記予測部による予測値の修正値を算出する学習部を備え、
   前記予測部は、前記学習部により算出された修正値を用いて、前記複数の負荷設備のそれぞれについての消費電力の瞬間値を予測することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力管理装置。

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