(57)【要約】  需要電力予測システムは、使用電力データ収集手段（６）、生産スケジュール記憶手段（８）、モデル作成手段（９）、短期需要電力予測手段（１０）を備える。使用電力データ収集手段（６）は、機器（３）毎の使用電力データを収集し、使用電力データ記憶手段（７）に記憶させる。モデル作成手段（９）は、使用電力データ記憶手段（７）に記憶された使用電力データと、生産スケジュール記憶手段（８）に記憶された過去の生産スケジュールとに基づいて、所定の製品種別毎の電力量算出モデルを、機器（３）毎に作成する。短期需要電力予測手段（１０）は、モデル作成手段（９）によって作成された電力量算出モデルと、生産スケジュール記憶手段（８）に記憶された将来の生産スケジュールとに基づいて、機器（３）毎に、将来の需要電力を演算する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の機器が備えられた産業プラントに適用される需要電力予測システムであって、
前記機器毎の使用電力データを収集し、第１記憶手段に記憶させる第１収集手段と、
前記産業プラントにおける生産スケジュールが記憶された第２記憶手段と、
前記第１記憶手段に記憶された使用電力データ、及び、前記第２記憶手段に記憶された過去の生産スケジュールに基づいて、所定の製品種別毎の電力量算出モデルを、前記機器毎に作成するモデル作成手段と、
前記モデル作成手段によって作成された電力量算出モデル、及び、前記第２記憶手段に記憶された将来の生産スケジュールに基づいて、前記機器毎に、将来の需要電力を演算する第１予測手段と、
を備えた需要電力予測システム。
【請求項２】
前記第１予測手段は、演算した前記機器毎の需要電力を足し合わせることにより、前記産業プラントの将来の需要電力を演算する請求項１に記載の需要電力予測システム。
【請求項３】
前記産業プラントは、複数の設備を備え、
前記各設備は、複数の前記機器を備え、
前記第１予測手段は、
前記モデル作成手段によって作成された電力量算出モデル、及び、前記第２記憶手段に記憶された将来の生産スケジュールに基づいて、前記機器毎に、将来の需要電力を演算する第１演算手段と、
前記第１演算手段によって演算された需要電力を、前記設備に備えられた前記機器について足し合わせることにより、前記設備毎に、将来の需要電力を演算する第２演算手段と、
前記第２演算手段によって演算された前記設備毎の需要電力を足し合わせることにより、前記産業プラントの将来の需要電力を演算する第３演算手段と、
を備えた請求項１に記載の需要電力予測システム。
【請求項４】
前記産業プラントの使用電力データを収集し、第３記憶手段に記憶させる第２収集手段と、
前記第３記憶手段に記憶された使用電力データに基づいて、前記産業プラントの将来の需要電力を演算する第２予測手段と、
前記第１予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力、及び、前記第２予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力に基づいて、前記産業プラントの将来の需要電力を演算する第３予測手段と、
を備えた請求項２又は請求項３に記載の需要電力予測システム。
【請求項５】
前記第３予測手段は、
前記第１予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力、及び、前記第２予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力に基づいて、所定の第１期間における前記産業プラントの将来の需要電力を演算し、
前記第１予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力を使用することなく、前記第２予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力に基づいて、前記第１期間よりも先の所定の第２期間における前記産業プラントの将来の需要電力を演算する
請求項４に記載の需要電力予測システム。
【請求項６】
前記第３予測手段によって演算された前記産業プラントの需要電力を表示する表示装置と、
を備えた請求項４又は請求項５に記載の需要電力予測システム。
【請求項７】
前記産業プラントにおける現在の操業情報を取得する操業情報取得手段と、
を備え、
前記第１予測手段は、前記操業情報取得手段によって取得された操業情報、及び、前記モデル作成手段によって作成された電力量算出モデルに基づいて、前記機器毎に、現在の使用電力を演算し、演算した現在の使用電力も考慮して、前記機器毎の需要電力を演算する請求項１から請求項６の何れかに記載の需要電力予測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の機器が備えられた産業プラントに適用される需要電力予測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自家発電設備を備えた産業プラントでは、自家発電による電力と、電力会社から購入する電力（契約電力）との双方によって、プラントで使用する全体の電力を賄っている。このような産業プラントでは、将来必要になる電力（需要電力）を予測し、その予測値に基づいて、自家発電によって発電する量（自家発電量）を調整している。即ち、プラントへの供給電力量が上記予測値を下回ることがないように、その総量（即ち、自家発電量と契約電力量との合計値）を設定している。【０００３】
下記特許文献１には、需要電力を予測するためのシステムが記載されている。特許文献１に記載のシステムでは、プラント全体で使用した電力量（実績値）に基づいて、需要電力の予測を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特開平８−３０８１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
産業プラントでは、需要電力の予測精度が悪いと、予測値の誤差を考慮して、自家発電量や契約電力量を決定しなければならない。即ち、需要電力の予測精度が悪いと、予測値の誤差を考慮して、自家発電量や契約電力量を増やさなければならない。【０００６】
従来のシステムでは、プラント全体で使用した電力量に基づいて、需要電力の予測を行っていたため、生産スケジュールに変更が生じた場合や、設備の動作に突発的な変更が生じた場合に、予測値をそれらの事象に合わせて即座に対応させることができなかった。即ち、従来のシステムでは、予測値と実績値との乖離が大きく、予測値に基づいて自家発電量や契約電力量を効果的に削減することができなかった。【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、産業プラントにおける需要電力の予測精度を高め、自家発電量や契約電力量を適切に削減することができる需要電力予測システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る需要電力予測システムは、複数の機器が備えられた産業プラントに適用される需要電力予測システムであって、機器毎の使用電力データを収集し、第１記憶手段に記憶させる第１収集手段と、産業プラントにおける生産スケジュールが記憶された第２記憶手段と、第１記憶手段に記憶された使用電力データ、及び、第２記憶手段に記憶された過去の生産スケジュールに基づいて、所定の製品種別毎の電力量算出モデルを、機器毎に作成するモデル作成手段と、モデル作成手段によって作成された電力量算出モデル、及び、第２記憶手段に記憶された将来の生産スケジュールに基づいて、機器毎に、将来の需要電力を演算する第１予測手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る需要電力予測システムであれば、産業プラントにおける需要電力の予測精度を高めることができ、自家発電量や契約電力量を適切に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】産業プラントの構成例を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における需要電力予測システムを示す構成図である。
【図３】モデル作成手段の機能を説明するための図である。
【図４】需要電力予測手段の機能を説明するための図である。
【図５】製鉄所の熱延工場の概略を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１における需要電力予測システムの動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。各図において、同一又は相当する部分には、同一の符号を付している。重複する説明については、適宜簡略化或いは省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は産業プラントの構成例を示す図である。図１は、本需要電力予測システムが適用される産業プラントの一例を示している。
図１において、１は所定の製品を生産するための産業プラントである。産業プラント１で生産される製品には、半製品のようなものも含まれる。産業プラント１には、複数の設備２が備えられている。各設備２には、複数の機器３が備えられている。
【００１３】
産業プラント１は、自家発電設備４を備えている。産業プラント１では、自家発電設備４から供給される電力と、外部の電力会社５から購入する電力とによって、プラントで使用する全体の電力を賄っている。
【００１４】
図２はこの発明の実施の形態１における需要電力予測システムを示す構成図である。
需要電力予測システムは、産業プラント１において将来必要になる電力（需要電力）を予測する。需要電力予測システムは、使用電力データ収集手段６及び１６、使用電力データ記憶手段７及び１７、生産スケジュール記憶手段８、モデル作成手段９、短期需要電力予測手段１０、操業情報取得手段１５、長期需要電力予測手段１８、需要電力予測手段１９、表示装置２０を備えている。
【００１５】
使用電力データ収集手段６は、機器３が使用した電力のデータ（使用電力データ：実績値）を、機器３毎に収集する。使用電力データ収集手段６は、産業プラント１に備えられている全ての機器３から、使用電力データを収集することが望ましい。しかし、産業プラント１には、多数の機器３が備えられている。このため、消費電力が極めて小さい機器３や、小型の機器３等については、使用電力データの収集を行わなくても良い。使用電力データ収集手段６は、電力を消費する全ての機器３から、使用電力データを収集する必要はない。
【００１６】
使用電力データ記憶手段７には、機器３毎の使用電力データが記憶される。使用電力データ収集手段６は、機器３の使用電力データを取得すると、その取得したデータを使用電力データ記憶手段７に記憶させる。使用電力データ記憶手段７には、各機器３の使用電力量が、時刻情報に紐付けて記憶されている。
【００１７】
生産スケジュール記憶手段８には、産業プラント１における生産スケジュールが記憶される。生産スケジュールとは、各設備２（各機器３）を使用して、製品を生産するためのスケジュールである。生産スケジュールには、製品に関する所定の種別データが、時系列に含まれている。
【００１８】
モデル作成手段９は、機器３が使用する電力量を算出するためのモデル（電力量算出モデル）を作成する機能を有している。モデル作成手段９は、機器３毎、及び、所定の製品種別毎に、上記電力量算出モデルを作成する。モデル作成手段９は、使用電力データ記憶手段７に記憶された使用電力データと、生産スケジュール記憶手段８に記憶された過去の生産スケジュールとに基づいて、電力量算出モデルの作成を行う。
【００１９】
図３はモデル作成手段の機能を説明するための図である。
モデル作成手段９は、電力量算出モデルとして、例えば、図３に示すような「製品種別−電力原単位」管理表を、製品３毎に作成する。
【００２０】
例えば、使用電力データ記憶手段７には、機器ａ１の使用電力量（実績値）が、時刻情報に紐付けて記憶されている。生産スケジュール記憶手段８には、機器ａ１で実際に行われたスケジュールのデータ（過去データ）が記憶されている。この過去データには、例えば、製品種別α及びβのデータが、時系列に含まれている。
【００２１】
モデル作成手段９は、使用電力データ記憶手段７及び生産スケジュール記憶手段８の各記憶内容に基づいて、製品種別毎の機器ａ１の使用電力量を集計し、モデル化する。即ち、モデル作成手段９は、製品種別α（α１〜αｎ）、β（β１〜βｎ）をそれぞれ特定することによって機器ａ１の電力原単位ＥＭＮを導くことができるモデルを作成する。
モデル作成手段９は、機器ａ２、ａ３・・・、機器ｂ１、ｂ２、ｂ３・・・、機器ｃ１、ｃ２、ｃ３・・・についても、同様のモデルを作成する。
【００２２】
短期需要電力予測手段１０は、産業プラント１において、短期的な将来に必要となる電力（短期需要電力）を演算する機能を有している。このような機能を実現するため、短期需要電力予測手段１０には、演算手段１１乃至１４が備えられている。
【００２３】
演算手段１１は、機器３において将来必要となる電力（短期需要電力）を演算する。演算手段１１は、機器３毎に、将来の需要電力を演算する。演算手段１１は、モデル作成手段９によって作成された電力量算出モデルと、生産スケジュール記憶手段８に記憶された将来の生産スケジュールとに基づいて、短期需要電力の演算を行う。
【００２４】
演算手段１２は、設備２において将来必要となる電力（短期需要電力）を演算する。演算手段１２は、設備２毎に、将来の需要電力を演算する。
【００２５】
所定の設備２に属する機器３は予め決まっている。例えば、設備Ａには、機器ａ１、機器ａ２、機器ａ３・・・が備えられている。同様に、設備Ｂには、機器ｂ１、機器ｂ２、機器ｂ３・・・が備えられている。演算手段１２は、演算手段１１によって演算された需要電力を、設備２に備えられた機器３について足し合わせることにより、その設備２の需要電力を演算する。例えば、演算手段１２は、演算手段１１によって演算された機器ａ１の需要電力、機器ａ２の需要電力、機器ａ３の需要電力・・・を全て足し合わせて、設備Ａの需要電力を導き出す。
【００２６】
演算手段１３は、産業プラント１において将来必要となる電力（短期需要電力）を演算する。演算手段１３は、演算手段１２によって演算された各設備２の需要電力を足し合わせることにより、プラント全体の将来の需要電力を演算する。
このように、短期需要電力予測手段１０は、機器３毎の需要電力を演算した後、機器単体の電力値をボトムアップ式に加算していくことにより、プラント全体の短期需要電力を導き出す。
【００２７】
演算手段１４は、機器３において現在使用されている電力（使用電力）を演算する。演算手段１４は、機器３毎に、現在の使用電力を演算する。
操業情報取得手段１５は、産業プラント１における現在の操業情報を取得する機能を有している。演算手段１４は、操業情報取得手段１５によって取得された現在の操業情報と、モデル作成手段９によって作成された電力量算出モデルとに基づいて、上記使用電力の演算を行う。
【００２８】
短期需要電力予測手段１０（演算手段１１）は、演算手段１４によって演算された現在の使用電力も考慮して、機器３毎の需要電力を演算しても良い。かかる構成であれば、導き出したプラント全体の需要電力に、プラントの現状を反映させることができる。
【００２９】
使用電力データ収集手段１６は、産業プラント１が使用した電力のデータ（使用電力データ：実績値）、即ち、プラント全体の使用電力データを収集する。例えば、使用電力データ収集手段１６は、工場の受電点の電力値を、上記使用電力データとして取得する。
【００３０】
使用電力データ記憶手段１７には、産業プラント１の使用電力データが記憶される。使用電力データ収集手段１６は、プラント全体の使用電力データを取得すると、その取得したデータを使用電力データ記憶手段１７に記憶させる。使用電力データ記憶手段１７には、プラント全体の使用電力量が、時刻情報に紐付けて記憶されている。
【００３１】
長期需要電力予測手段１８は、産業プラント１において、長期的な将来に必要となる電力（長期需要電力）を演算する機能を有している。長期需要電力予測手段１８は、例えば、データマイニング手法を活用することにより、使用電力データ記憶手段１７に記憶された使用電力データに基づいて、産業プラント１の将来の需要電力を演算する。
【００３２】
需要電力予測手段１９は、産業プラント１において将来必要となる電力（需要電力）を演算する。需要電力予測手段１９の演算結果が、本システムの出力（予測値）となる。需要電力予測手段１９は、短期需要電力予測手段１０によって演算されたプラント全体の需要電力（短期予測）と、長期需要電力予測手段１８によって演算されたプラント全体の需要電力（長期予測）とに基づいて、上記需要電力の演算を行う。
【００３３】
例えば、需要電力予測手段１９は、上記長期予測に短期予測を重ね合わせることにより、予測値（Ｇ３）を求める。下記式１は、上記重ね合わせの際に使用されるモデルの一例を示している。
Ｇ３＝γ１＊Ｇ１＋γ２＊Ｇ２    ・・・（１）
上記式１において、Ｇ１は需要電力の長期予測値（長期需要電力予測手段１８の演算結果）、Ｇ２は需要電力の短期予測値（短期需要電力予測手段１０の演算結果）である。γ１及びγ２は、補正項である。
【００３４】
図４は需要電力予測手段の機能を説明するための図である。図４は、上記式１を使用した時の需要電力予測手段１９の演算結果を示している。図４では、Ｇ１を破線で、Ｇ２を一点鎖線で、Ｇ３を実線で示している。
【００３５】
需要電力の短期予測値Ｇ２は、現在（時刻ｔ＝０）から時刻ｔ１までの所定期間しか得ることができない。このため、需要電力予測手段１９は、例えば、時刻ｔ２（例えば、ｔ２＞ｔ１）までの期間に関しては、需要電力の長期予測値Ｇ１と需要電力の短期予測値Ｇ２との双方を用いて、予測値Ｇ３を演算する（γ１≠０、γ２≠０）。また、需要電力予測手段１９は、時刻ｔ２よりも先の所定期間（時刻ｔ２からｔ３までの期間）に関しては、需要電力の短期予測値Ｇ２を使用せず、需要電力の長期予測値Ｇ１に基づいて、予測値Ｇ３を演算する（γ１≠０、γ２＝０）。
【００３６】
時刻ｔ１からｔ２までの期間は、予測値Ｇ３の急激な変動を防止するための移行期間である。なお、時刻ｔ２をｔ１＞ｔ２となるように設定して、上記移行期間を時刻ｔ１までの期間に収めても良い。
時刻ｔ２からｔ３までの期間では、γ１＝１であれば、長期予測値Ｇ１を予測値Ｇ３としてそのまま出力することができる。上記期間中、γ１として、１よりも僅かに大きな値等を採用しても良い。
【００３７】
需要電力予測手段１９によって演算された産業プラント１の将来の需要電力（予測値）は、表示装置２０に表示される。
【００３８】
なお、図１に示す各手段は、如何なる装置（ハードウェアによるもの、ソフトウェアによるもの、その双方によるものを含む）によって構成しても良い。
【００３９】
上記構成を有する需要電力予測システムであれば、需要電力の予測精度を大幅に高めることができる。即ち、本需要電力予測システムでは、機器単体の電力値をボトムアップ式に加算していくことにより、需要電力の短期予測を行っている。そして、得られた短期予測も考慮して、プラント全体の需要電力を演算している。このため、本需要電力予測システムであれば、生産スケジュールに変更が生じた場合や、設備２（機器３）の動作に突発的な変更が生じた場合にも、予測値をそれらの事象に合わせて容易に対応させることができる。本需要電力予測システムであれば、予測値と実績値との乖離を小さくすることができ、自家発電量や契約電力量の大幅な削減が可能となる。
【００４０】
次に、上記需要電力予測システムの具体的な適用例について説明する。
図５は製鉄所の熱延工場の概略を示す図である。図６はこの発明の実施の形態１における需要電力予測システムの動作を説明するための図である。図６は、本需要電力予測システムを、図５に示す熱延工場に適用した時の動作を示している。
【００４１】
図５に示すように、熱延工場には、加熱炉（ＲＦ：Ｒｅｈｅａｔｉｎｇ  Ｆｕｒｎａｃｅ）２１、粗圧延機（ＲＭ：Ｒｏｕｇｈｉｎｇ  Ｍｉｌｌｓ）２２、クロップシャー（ＣＳ：Ｃｒｏｐ  Ｓｈｅａｒ）２３、仕上圧延機（ＦＭ：Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ  Ｍｉｌｌｓ）２４、ランアウトテーブル（ＲＯＴ：Ｒｕｎ  Ｏｕｔ  Ｔａｂｌｅ）２５、ダウンコイラー（ＤＣ：Ｄｏｗｎ  Ｃｏｉｌｅｒ）２６といった複数の設備２が備えられている。また、各設備２には、モータ、ポンプ、ドライブ装置といった複数の機器３が備えられている。
【００４２】
使用電力データ収集手段６は、熱延工場に備えられたモータやポンプ、ドライブ装置から、それぞれの使用電力データを収集し、使用電力データ記憶手段７に記憶させる。生産スケジュール記憶手段８には、熱延工場で行われた過去の生産スケジュールと、この熱延工場でこれから行われる将来の生産スケジュールとが記憶されている。生産スケジュールには、例えば、圧延材（製品）の種別として、材長、材幅、材厚、鋼種の各データが、時系列に含まれる。
【００４３】
モデル作成手段９は、各機器３の使用電力データ（実績値）と過去の生産スケジュールとから、機器３毎及び製品種別毎に、電力量算出モデルを作成する。例えば、モデル作成手段９は、上記モデル化を行う際に、製品種別を材長、材幅、材厚、鋼種として、電力量データを分類する。
【００４４】
短期需要電力予測手段１０は、電力量算出モデルと将来の生産スケジュールと操業情報とから、需要電力の短期予測（電力量の将来データの算出）を行う。操業情報取得手段１５は、例えば、圧延材のライン上の位置情報やモータの速度情報、モータのトルク情報を操業情報として取得する。
【００４５】
短期需要電力予測手段１０では、先ず、演算手段１４により、各機器３の電力量の現在データ（使用電力）が演算される。また、図６に示すように、演算手段１１は、機器３毎の電力量の将来データを算出する。演算手段１２は、演算手段１１の算出結果に基づいて、設備２毎（図５及び図６に示す例では、エリア毎）の電力量の将来データを算出する。演算手段１３は、演算手段１２が算出した各将来データを全て加算して、プラント全体の電力量の将来データを算出する。
【００４６】
使用電力データ収集手段１６は、熱延工場の受電点の電力値を、熱延工場全体の使用電力データとして取得する。使用電力データ収集手段１６は、取得した電力値を時刻情報に紐付けて使用電力データ記憶手段１７に記憶させる。長期需要電力予測手段１８は、使用電力データ記憶手段１７に記憶されている使用電力データに基づいて、需要電力の長期予測（電力量の将来データの算出）を行う。そして、需要電力予測手段１９は、得られた需要電力の短期予測と長期予測とから、システムとしての出力値を算出する。
【００４７】
製鉄所の熱延工場では、生産スケジュールが変更されたり、オペレータによる手動操作が行われたりした際に、工場全体の使用電力が大きく変動する。このため、従来の予測手法では、予測値が、実績値から大きく外れてしまうことが度々あった。本需要電力予測システムであれば、秒単位で変化する生産プロセスの稼働状況に合わせて、電力予測を行うことができる。このため、本需要電力予測システムを採用することにより、熱延工場においても、電力予測の精度を大幅に向上させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本需要電力予測システムは、製鉄所の熱延工場の他にも、例えば、製鉄所の冷延工場に適用することができる。また、本需要電力予測システムは、製鉄所の他にも、例えば、製紙工場、飲料工場、食品工場といった各種産業プラントに適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  産業プラント
２  設備
３  機器
４  自家発電設備
５  電力会社
６、１６  使用電力データ収集手段
７、１７  使用電力データ記憶手段
８  生産スケジュール記憶手段
９  モデル作成手段
１０  短期需要電力予測手段
１１、１２、１３、１４  演算手段
１５  操業情報取得手段
１８  長期需要電力予測手段
１９  需要電力予測手段
２０  表示装置
２１  加熱炉
２２  粗圧延機
２３  クロップシャー
２４  仕上圧延機
２５  ランアウトテーブル
２６  ダウンコイラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013121515.tif 000008
【国際調査報告】
2013121515.tif 000009
2013121515.tif 000010
2013121515.tif 000011
2013121515.tif 000012