JP5955206B2 - デマンド制御装置及びその方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係るデマンド制御装置10を備えるデマンド制御システムの構成を示すブロック図である。このデマンド制御装置10は、同一の室内空間(以下「対象空間1」と記す)を対象として設置された複数の冷熱機器(ここではNo1〜No4により区別される4台の冷熱機器2−1〜2−4)をデマンド制御可能となっている。
データ格納部101に格納されている設定データには、制御周期Δt(分)、デマンド時限終了時刻td end(分)、及び、予測デマンド値Veの上限を示す上限デマンド値Vmax(kW)が含まれている。
図3は、運転能力Qkと消費電力Wkとの関係を表す性能モデルの一例を示す図である。図4は、本実施の形態1に係る性能モデルデータ記憶部102に記憶される、上記係数ak,bk,ckを含むモデルデータのデータ形式の一例を示す図である。
図5は、本実施の形態1に係るデータ格納部101に格納される、運転情報データのデータ形式の一例を示す図である。各冷熱機器2−k(各熱源機22−k)の運転情報データは、冷熱機器2−kが運転中である場合には「1」、停止中である場合には「0」の値を取る運転状態値ukと、現在の運転能力値である運転能力Qkとを含んでいる。なお、運転能力Qkは、冷熱機器2−kが運転時には「0」より大きな値を取り、停止時には「0」の値を取る。図5に示す例では、運転中の冷熱機器2−1〜2−3の運転状態値u1〜u3は「1」の値を取り、それらの運転能力Q1〜Q3は「0」より大きい値を取っているが、停止中の冷熱機器2−4の運転状態値u4は「0」の値を取り、その運転能力Q4は「0」の値を取っている。
図6は、本実施の形態1に係るデータ格納部101に格納される、冷熱負荷データのデータ形式の一例を示す図である。データ格納部101に格納される冷熱負荷Lk(kW)は、運転中の冷熱機器2−kには「0」以上の値を取り、停止時には「−1」の値を取る。図6に示す例では、図5に示す例に対応しており、運転中の冷熱機器2−1〜2−3の冷熱負荷L1〜L3は「0」以上の値を取るが、停止中の冷熱機器2−4の冷熱負荷L4は「−1」の値を取る。
上述したように、デマンド制御装置10は、通信線6を介して入力された電力パルス信号をカウントすることにより、デマンド制御対象である複数の冷熱機器2−kの消費電力を求め、それらの和を取ることにより合計消費電力を定期的に算出する。そして、本実施の形態1に係るデマンド制御装置10は、当該合計消費電力の積算値を消費電力積算値Dとして算出し、当該消費電力積算値Dを次式(2)に適用して、所定時間(ここでは1時間)あたりの消費電力積算値Dに相当するデマンド値Vを求める。データ格納部101には、以上のような複数の冷熱機器2−kの消費電力に関する電力計測データ、すなわちデマンド値Vを含む電力計測データが格納されている。
図7は、本実施の形態1に係るデマンド制御装置10の動作(デマンド制御処理)を示すフローチャートである。以下、デマンド制御装置10の動作について、図7のフローチャートを用いて説明する。なお、この動作は、制御周期Δt(分)(例えば1分)毎に行われる。以下の説明においては、現在の制御タイミングをtとし、制御タイミングを、t−Δt、t、t+Δt、t+2Δt、…と順に表すものとする。
ステップS1にて、データ設定部103は、複数の冷熱機器2−kに関してデータの読み込み、及び、データの初期化を行う。
ステップS2にて、デマンド制御量演算部104は、次の制御タイミングの経過時刻td+Δtで制御すべきデマンド制御量ΔVを算出する。以下、図8を用いて、デマンド制御量演算部104によるデマンド制御量ΔVの算出の一例について説明する。まず、デマンド制御量演算部104は、デマンド時限開始時刻が0(分)となり、デマンド時限開始時刻に相当する制御タイミングのデマンド値がV(0)(kW)となるオフセットを行う。
ステップS3にて、能力抑制量演算部105は、ステップS2でデータ設定部103のメモリ上の変数に設定されたデマンド制御量ΔVについて次式(5)が成り立つか否か、すなわちデマンド制御量ΔVが0より大きいか否かを判定する。能力抑制量演算部105は、デマンド制御量ΔVが0より大きいと判定した場合にはステップS4に進み、デマンド制御量ΔVが0以下である場合には、データ設定部103に設定されたデマンド制御量ΔVを0に設定してステップS5に進む。
ステップS4にて、能力抑制量演算部105は、冷熱機器2−kの消費電力を最小化可能な最適運転制御を実施する場合において、運転能力Qの単位変化あたりの消費電力Wの変化、すなわち消費電力変化μを求める。例えば、能力抑制量演算部105は、現在運転中の冷熱機器2−k(図5及び図6の例ではk=1,2,3)のうち、運転能力Qkが最大能力値Qmaxkより小さく最小能力値Qminkより大きい1台の冷熱機器2−i(部分負荷となっている1台の冷熱機器2−i)を選択する。
ステップS5にて、能力抑制量演算部105は、冷熱機器2−kの消費電力を最小化可能な最適運転制御を実施する場合において、ステップS2で求めたデマンド制御量ΔVを実現するために必要な運転能力の抑制量を、必要能力抑制量ΔQとして算出する。ここでは、能力抑制量演算部105は、ステップS2で算出されたデマンド制御量ΔVと、ステップS4で算出された消費電力変化μとを、次式(7)に適用して必要能力抑制量ΔQを算出する。
ステップS6にて、最適運転演算部106は、上記必要能力抑制量ΔQを反映した修正全体冷熱負荷(L−ΔQ)を算出して制約条件を生成した上で、複数の冷熱機器2−kの消費電力Wkとそれらの運転状態値ukとをそれぞれ乗算して得られる値の合計値を最小にする複数の冷熱機器2−kの運転能力Qk及び運転状態値ukを算出する。
制御信号送出部107は、ステップS6にてデータ格納部101に格納された運転能力Qk及び運転状態値ukを読み出し、当該読み出した運転能力Qk及び運転状態値ukによって複数の冷熱機器2−kを次の制御タイミングt+Δtにて制御するための制御信号を、複数の冷熱機器2−kに送出する(ここではk=1〜4)。
以上のようなデマンド制御装置10及びその方法によれば、対象空間1に設置された複数の冷熱機器2−kについて、将来低下させるべきデマンド制御量を算出する。そして、当該デマンド制御量の低下を実施可能な複数の冷熱機器2−k(k=1〜N)の運転能力Qk及び運転状態値ukの組み合わせのうち、複数の冷熱機器2−kの消費電力Wkと運転状態値ukとをそれぞれ乗算して得られる値の合計値を最小にする運転能力Qk及び運転状態値ukを算出する。したがって、複数の冷熱機器2−kの全体の消費電力が可及的に低減されたデマンド制御を実施することができる。しかも、制御マップ参照方式やフィードバック制御方式のような高度な演算処理は必要なく、簡易な演算(ここは1回の演算)で上記デマンド制御を実施することができるので、演算能力が低い装置でも上記のようなデマンド制御の実施ができる。
図9は、本発明の実施の形態2に係るデマンド制御装置10を備えるデマンド制御システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態2に係るデマンド制御装置10において、実施の形態1で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付しており、以下においては異なる点を中心に説明する。
図10は、本発明の実施の形態3に係るデマンド制御装置10を備えるデマンド制御システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態3に係るデマンド制御システムにおいて、実施の形態1で説明した構成要素と同一または類似するものについては対応する符号を付しており、以下においては異なる点を中心に説明する。
図11は、本実施の形態3に係る上位デマンド制御装置10cの動作を示すフローチャートである。このフローチャートは、ステップS11を除いて、実施の形態1で説明したフローチャート(図7)と同じである。ただし、ステップS4,S5,S6は、第1及び第2のデマンド制御装置10a,10bのそれぞれで実行される。以下、ステップS4からステップS7までの動作について簡単に説明する。
Claims (6)
- 同一空間を対象として設置された複数の冷熱機器をデマンド制御可能なデマンド制御装置であって、
前記複数の冷熱機器毎の運転能力及び消費電力の関係を表す性能モデルに関するモデルデータと、前記複数の冷熱機器の消費電力に関する電力計測データとを記憶するデータ記憶手段と、
現在及び過去の前記電力計測データに基づいて、将来低下させるべきデマンド制御量を算出するデマンド制御量演算手段と、
運転中の所望の前記冷熱機器の現在の運転能力及び前記モデルデータに基づいて、当該冷熱機器の運転能力の単位変化あたりの消費電力変化を算出し、当該算出した消費電力変化と前記デマンド制御量とに基づいて必要能力抑制量を算出する能力抑制量演算手段と、
前記複数の冷熱機器が将来出力すべき運転能力にそれぞれ対応する冷熱負荷の和から前記必要能力抑制量を差し引いて得られる修正全体冷熱負荷と、前記複数の冷熱機器の運転能力とそれらの運転/停止状態を示す状態値とをそれぞれ乗算して得られる値の合計値とが等しいという制約条件下で、前記複数の冷熱機器の消費電力とそれらの前記状態値とをそれぞれ乗算して得られる値の合計値を最小にする前記複数の冷熱機器の運転能力及び前記状態値を算出する最適運転演算手段と、
前記最適運転演算手段で算出された前記複数の冷熱機器の運転能力及び前記状態値に関する制御信号を、前記複数の冷熱機器にそれぞれ送出する制御信号送出手段と
を備える、デマンド制御装置。 - 請求項1に記載のデマンド制御装置であって、
前記モデルデータは、前記性能モデルを規定する多項式の係数を含み、
前記能力抑制量演算手段は、
運転中の所望の前記冷熱機器の現在の運転能力、及び、前記モデルデータに含まれる前記係数に基づいて前記消費電力変化を算出する、デマンド制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載のデマンド制御装置であって、
前記デマンド制御量演算手段は、
前記現在及び過去の前記電力計測データに基づいて将来のデマンド値を予測し、予め設定された上限デマンド値に対する当該予測したデマンド値の超過に基づいて前記デマンド制御量を算出する、デマンド制御装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のデマンド制御装置であって、
前記電力計測データは、
前記複数の冷熱機器の消費電力と、それら以外の電力負荷機器の消費電力とに関するデータである、デマンド制御装置。 - 請求項1に記載のデマンド制御装置であって、
第1の前記複数の冷熱機器が第1の前記同一空間を対象として配置されるとともに、第2の前記複数の冷熱機器が第2の前記同一空間を対象として配置され、
前記デマンド制御量の代わりに、当該デマンド制御量を前記第1及び第2の複数の冷熱機器に配分した第1及び第2の配分デマンド制御量を用いる、デマンド制御装置。 - 同一空間を対象として設置された複数の冷熱機器をデマンド制御可能なデマンド制御方法であって、
(a)前記複数の冷熱機器毎の運転能力及び消費電力の関係を表す性能モデルに関するモデルデータと、前記複数の冷熱機器の消費電力を含む電力計測データとをデータ記憶手段に記憶する工程と、
(b)現在及び過去の前記電力計測データに基づいて、将来低下させるべきデマンド制御量を算出する工程と、
(c)運転中の所望の前記冷熱機器の前記モデルデータ及び現在の運転能力に基づいて、当該冷熱機器の運転能力の単位変化あたりの消費電力変化を算出し、当該算出した消費電力変化と前記デマンド制御量とに基づいて必要能力抑制量を算出する工程と、
(d)前記複数の冷熱機器が将来出力すべき運転能力にそれぞれ対応する冷熱負荷の和から前記必要能力抑制量を差し引いて得られる修正全体冷熱負荷と、前記複数の冷熱機器の運転能力とそれらの運転/停止状態を示す状態値とをそれぞれ乗算して得られる値の合計値とが等しいという制約条件下で、前記複数の冷熱機器の消費電力とそれらの前記状態値とをそれぞれ乗算して得られる値の合計値を最小にする前記複数の冷熱機器の運転能力及び前記状態値を算出する工程と、
(e)制御信号送出手段が、前記工程(d)で算出された前記複数の冷熱機器の運転能力及び前記状態値に関する制御信号を、前記複数の冷熱機器にそれぞれ送出する工程と
を備える、デマンド制御方法。
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