(57)【要約】【課題】本発明の目的は、室内の構造や配置物や在室状況などによる影響を考慮して、空調電力消費量抑制目標値を達成するための設定温度を精度良く求め、需要家の利便性や快適性への影響を小さくできる需要家エネルギーマネジメントシステムを提供することにある。【解決手段】空調部分負荷特性を過去の空調運転実績データを用いて作成する空調機部分負荷特性同定部と、室内熱容量特性を過去の空調運転実績データや室内状態値データを用いて作成する室内熱容量特性同定部と、定められた空調電力量の目標値を実現する設定温度を空調部分負荷特性と室内熱容量特性を用いて決定する空調設定温度計算部と、決定された設定温度となるように空調機を制御する空調機制御部とを備えた需要家エネルギーマネジメントシステム。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分負荷特性データを空調機状態監視部により収集された空調運転実績データを用いて作成する空調機部分負荷特性同定部と、室内熱容量特性データを前記空調運転実績データや室内外状態監視部により収集された室内状態値データを用いて作成する室内熱容量特性同定部と、空調機部分負荷特性同定部により作成された前記空調部分負荷特性データと室内熱容量特性同定部により作成された前記室内熱容量特性データを用いて、空調電力量目標値を実現する設定温度を決定する空調設定温度計算部と、該空調設定温度計算部により決定された設定温度となるように空調機を制御する空調機制御部を備えた需要家エネルギーマネジメントシステム。
【請求項２】
空調機状態監視部により収集された空調機消費電力量，空調出力を含む空調機の状態値である空調運転実績データ、及び室内外状態監視部により収集された室温を含む室内外の状態値である室内外状態実績データを用いて、空調出力を含む複数の変数を説明変数として電力消費量を近似する近似式を求める空調機部分負荷特性同定部、及び空調出力変化量と室温変化量の関係を求める室内熱容量特性同定部と、空調電力量の目標値を計算する空調目標電力量計算部と、該空調目標電力量計算部で計算された空調電力量の目標値から前記空調機部分負荷特性同定部で求められた空調出力を含む複数の変数を説明変数として電力消費量を近似する近似式から空調出力調整量を算出し、算出された空調出力調整量から前記室内熱容量特性同定部で求められた空調出力変化量と室温変化量の近似式から空調設定温度目標値を算出する空調設定温度計算部と、算出された空調設定温度目標値を指令値として空調機を制御する空調機制御部を備えた需要家エネルギーマネジメントシステム。
【請求項３】
前記室内熱容量特性データや在室人数を含めデータから予測対象時刻断面の室内熱容量特性データを作成する室内熱容量特性予測部を具備した請求項１又は２に記載の需要家エネルギーマネジメントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビルなどの需要家の電力量を、空調を調整することによって、目標値に制御する需要家エネルギーマネジメントシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
猛暑による一時的な空調の使用増大などで電力需要が急増すると、電力の供給力が不足することがある。その場合、需要家の電力消費を一時的に抑制する対策がとられることがある。
【０００３】
例えば、一つの方法として、米国カリフォルニア州のユーティリティ事業者では、「デマンドレスポンス」というプログラムを需要家向けに提供している。このプログラムには幾つかのタイプがあるが、例えば、Critical Peak Pricing（ＣＰＰ）というプログラムは、〔非特許文献１〕に記載の技術は、次のように機能する。
【０００４】
すなわち、このプログラムへの参加者は、事前にユーティリティ事業者と契約する。参加者は、電気従量単価を割安に設定された優遇料金の適用を受ける。ユーティリティ事業者は、翌日をＣＰＰイベント日とするかどうかを毎日決定する。翌日がＣＰＰイベント日と決定されれば、その前日のうちに、参加者に対して翌日がＣＰＰイベント日であることを通知する。
【０００５】
次に、ＣＰＰイベント日のピーク時間帯（１２：００〜１８：００）の電気従量単価が割高に設定される。参加者側では、ＣＰＰイベント日のピーク時間帯の電気代増加を回避し、その他の時間における優遇料金適用による年間電気代削減のメリットを確保するため、エアコンの設定温度を上げるなどして、ＣＰＰイベント日のピーク時間帯の電気機器の使用を抑制して電力消費量を抑制する対策をとる。
【０００６】
このＣＰＰでは、参加者側における電気機器使用の調整を人手に頼っているため、ＣＰＰイベント発生のたびに、人手により調整をする必要があり、参加者側の作業が煩わしく、又、電力消費抑制行動の不確実性が懸念されるという問題があった。
【０００７】
このため、Auto Demand Response（Ａｕｔｏ−ＤＲ）というプログラムが提供されている。このＡｕｔｏ−ＤＲというプログラムでは、〔非特許文献２〕に記載のように、ユーティリティ事業者側に、通信インフラを介してＣＰＰイベント日を通知するＣＰＰイベントシグナルを配信するサーバを設置し、参加者側にＣＰＰイベントシグナルを受信する設備と、ＣＰＰイベントシグナルに応じて、電気機器を予め定めたＣＰＰイベント対応制御ロジックに従って制御するシステムを設置し、ＣＰＰイベント配信から電気機器制御までを自動化している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Critical Peak Pricing Program (CPP). [retrieved on 2009-06-05]. Retrieved from the Internet:<URL: http://www.pge.com/mybusiness/energysavingsrebates/demandresponse/cpp/>
【非特許文献２】Automated Demand Response Program. [retrieved on 2009-06-05]. Retrieved from the Internet:<URL: http://www.pge.com/mybusiness/energysavingsrebates/demandresponse/adrp>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したＡｕｔｏ−ＤＲプログラムでは、一旦、ＣＰＰイベント対応制御ロジックを定めた後は、ＣＰＰイベント発生のたびに人手により調整をする必要がなく、参加者の煩わしさは解消され、また、電力消費抑制行動も自動的に実施される。
【００１０】
しかし、電気機器による電力消費量は、気温等の気象状況によっても影響を受けるため、ＣＰＰイベント対応制御ロジックによる電力消費量抑制、及びそれによる電気代削減の効果を期待通り確保できるかどうか不確実となる。一方、その効果を確実にするために多めの抑制を実施すると、ユーザの利便性や快適性を損なうことが懸念される。
【００１１】
本発明の目的は、ＣＰＰイベント発生時の電力消費量を抑制するにあたって、空調電力消費量抑制目標値を達成する設定温度を精度良く求めて、需要家の利便性や快適性への影響を最小となるように制御する需要家エネルギーマネジメントシステムを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、ＣＰＰイベント発生時の電力消費量を抑制するにあたって、室内の構造や配置物や在室状況などによる影響を考慮して、需要家の利便性や快適性への影響を小さくできる需要家エネルギーマネジメントシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の需要家エネルギーマネジメントシステムは、空調部分負荷特性を過去の空調運転実績データを用いて作成する空調機部分負荷特性同定部と、室内熱容量特性を過去の空調運転実績データや室内状態値データを用いて作成する室内熱容量特性同定部と、ＣＰＰイベント発生時に空調調整によって電力量を抑制する目標値を定める空調目標電力量計算部と、定められた空調電力量抑制目標値を実現する設定温度を、空調部分負荷特性と室内熱容量特性を用いて決定する空調設定温度計算部と、決定された設定温度となるように空調機を制御する空調機制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、需要家において、ＣＰＰイベント発生時の電力消費量を抑制するための目標値を決定するにあたって、室内の構造や配置物や在室状況などによる影響を考慮しているので、空調電力消費量の抑制目標値を達成する設定温度を精度良く求めることができ、需要家の利便性や快適性への影響を小さくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例に係る需給協調運用システムの構成図である。
【図２】本実施例の需要家ＥＭＳの構成例を示す機能ブロック図である。
【図３】本実施例の需要家ＥＭＳの他の構成例を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施例を図１から図３を用いて説明する。図１は、本実施例に係る需給協調運用システムの構成図である。
【００１７】
図１に示すように、需給協調運用システム５は、各需要家に電力を提供するユーティリティ事業者側に設置される電力管理装置１と、電力管理装置１と通信ネットワーク３，４を介して接続され、各需要家側に設置される需要家電力運用装置２を含んで構成される。
【００１８】
需給協調運用システム５は、電力系統全体の需給バランスなどの状況を用いて需要抑制の必要性を判断し、必要と判断した場合には、需要家に対して需要抑制要請（以下、ＤＲイベントという）のシグナルを、通信ネットワーク３を介して配信する装置である。
【００１９】
需要家電力運用装置２は、エアコン２１，照明２２，電気機器２３と、エアコン２１，照明２２，電気機器２３に接続される需要家ＥＭＳ２４（需要家Energy Management System２４の略）と、需要家ＥＭＳ２４に接続される需給協調運用クライアント２６と、需給協調運用クライアント２６に接続されるＰＣ２５（Personal Computer２５の略）と、検針端局装置２７を含んで構成される。ここで、エアコン２１，照明２２も電気機器であるが、エアコン２１，照明２２とその他の電気機器を便宜上区別している。
【００２０】
需給協調運用クライアント２６は、ユーティリティ事業者からＤＲイベントシグナルを受信し、これを需要家ＥＭＳ２４に引き渡す装置である。
【００２１】
需要家ＥＭＳ２４は、受信したＤＲイベントシグナルに従って、エアコン２１，照明２２，電気機器２３を制御する装置であり、エアコン２１の場合は、温度設定の変更やＯＮ，ＯＦＦ制御を行う。
【００２２】
ＰＣ２５は、キーボードやディスプレイを備え、電気機器制御のために必要な情報の入力や、制御結果の出力を行う装置である。ＰＣ２５は、需給協調運用クライアント２６や、通信ネットワーク３を介して電力管理装置１との間で、情報の送受信を行う。
【００２３】
検針端局装置２７は、需要家に設置される電力量計の検針データを収集し、ユーティリティ事業者に送信する通信端局である。
【００２４】
電力管理装置１は、通信ネットワーク３を介して需給協調運用クライアント２６及びＰＣ２５と接続された通信サーバ１０と、通信ネットワーク４を介して検針端局装置２７と接続された検針サーバ１１と、通信サーバ１０及び検針サーバ１１と接続された需給協調運用サーバ１２を含んで構成される。
【００２５】
通信サーバ１０は、ユーティリティ事業者側の需給協調運用サーバ１２等の各種サーバが、通信ネットワーク３を介して需要家電力運用装置２の需給協調運用クライアント２６やＰＣ２５と行う通信を管理する。検針サーバ１１は、通信ネットワーク４経由で需要家側の検針端局装置２７と通信し、需要家の電力量計の検針データを収集する。収集された検針データは、データベースに記録される。
【００２６】
以下は、需要家ＥＭＳ２４がエアコン２１を制御する場合について、詳細に説明する。
図２は、需要家ＥＭＳ２４の構成図である。
【００２７】
需要家ＥＭＳ２４は、需給協調運用クライアント２６やエアコン２１，照明２２，電気機器２３と入出力を行う入出力部４０と、入出力部４０に接続された需給協調対応制御部４１と、需給協調対応制御部４１と接続された空調目標電力量計算部４２，空調設定温度計算部４３及び空調機制御部４４と、空調設定温度計算部４３に接続された室内熱容量特性データ部４５，空調機部分負荷特性データ部４６と、室内熱容量特性データ部４５と接続された室内熱容量特性同定部４７と、空調機部分負荷特性データ部４６と接続された空調機部分負荷特性同定部４８と、室内熱容量特性同定部４７及び空調機部分負荷特性同定部４８と接続された空調機運転実績データ部４９と、空調機運転実績データ部４９に接続された空調機状態監視部５１と、空調機状態監視部５１及び空調機制御部４４と接続された空調機監視制御装置通信部５１と、室内熱容量特性同定部４７と接続された室内外状態実績データ部５２と、室内外状態実績データ部５２に接続された室内外状態監視部５３と、室内外状態監視部５３に接続された計測装置通信部５４を含んで構成される。
【００２８】
需要家ＥＭＳ２４は、通信線３３を介して室内外状態計測装置３１と、通信線３４を介して空調機監視制御装置３２と接続されている。
【００２９】
空調機監視制御装置３２は、室内機３５や室外機３６の状態値を監視し、室内機３５や室外機３６の運転制御を行う。室内機３５の吸込口空気温度，吹出口空気温度，風量，空調機消費電力量，空調出力，設定温度，設定風量，室外機３５周辺の外気温などの空調機の状態値を監視し、これらの空調機の状態値を用いて室内機３５や室外機３６の運転停止や冷却出力等の制御を行う。また、外部から温度設定や風量設定などの指令値を受け取って制御を行うこともある。室内外状態計測装置３１は、室内や外気の温度や湿度，在室人数などの室内外の状態を計測する。ここで、空調出力は、冷房時は除去熱量であり、暖房時は付加熱量である。
【００３０】
空調機は、室内に設置される室内機３５と、室外に設置される室外機３６に分かれており、冷房運転では、室外機３６に搭載された圧縮機で圧縮された冷媒が室内機３５の膨張弁により断熱膨張し、低温となった冷媒が熱交換器を流れる際に、吸込された空気から熱を奪って空気を冷却し、室内機３５の吹出口から冷風を室内に流出するようになっている。
【００３１】
室内機３５は複数台設置される場合もあるが、温度設定等の制御が一括でしかできない複数の室内機３６はそれらを一括で扱い、室内機が１台である場合も含めて室内機グループと呼ぶことにする。空調機全体の冷却出力は、各室内機グループでの冷却出力を合計した値になる。
【００３２】
空調機状態監視部５０は、空調機監視制御装置通信部５１を介して、空調機監視制御装置３２から空調機の室内機３５や室外機３６の空調機の状態値を収集し、空調機運転実績データ部４９に空調機運転実績データを格納する。空調出力が収集できない場合には、空調出力の代替として（吸込口空気温度−吹出口空気温度）×風量で計算してもよい。
【００３３】
室内外状態監視部５３は、計測装置通信部５４を介して、室内外状態計測装置３１から室内や外気の温度や湿度，在室人数などの室内外の状態値を収集し、室内外状態実績データとして、室内外状態実績データ部５２に格納する。
【００３４】
空調機運転実績データ及び室内外状態実績データには、各時刻断面の空調機の電力消費量，空調出力（冷房時は除去熱量，暖房時は付加熱量），室内機の吸込口空気温度，吹出口空気温度，風量，外気温，設定温度，設定風量が含まれる。
【００３５】
空調機部分負荷特性同定部４８は、空調機運転実績データ部４９に格納されている空調機運転実績データ及び室内外状態監視部５３に格納されている室内外状態実績データを用いて、空調機部分負荷特性データを作成する。空調機運転実績データ及び室内外状態実績データには、上述したように、各時刻断面の空調機の電力消費量，空調出力（冷房時は除去熱量，暖房時は付加熱量），外気温を含むデータが格納されている。
【００３６】
空調機部分負荷特性同定部４８は、これら実績データに基づいて、空調出力を含んだ複数の変数を説明変数として目的変数である電力消費量を近似する近似式を求める。例えば、空調出力と外気温を説明変数とし、空調出力と外気温の２次式で多変量解析により係数を決定することが考えられる。
【００３７】
室内熱容量特性同定部４７は、空調機運転実績データ部４９や室内外状態実績データ部５２に格納されている、空調出力や室内の温度のデータを用いて、室内熱容量特性データを作成する。例えば、現時点から事前に定める設定時間だけ過去までの複数の時刻断面を対象に、予め定めた一定時間内の空調出力量と室温変化量を求め、対象とする時刻断面の空調出力変化量と室温変化量の関係を１次式や２次式などで最小二乗法により近似し、これを現時点での室内熱容量特性データとすることが考えられる。この室内熱容量特性データは、室内の構造や配置物や在室状況などによる影響が考慮されたデータとなっている。
【００３８】
入出力部４０は、需給協調運用クライアント２６からＤＲイベントシグナルを受信して需給協調対応制御部４１に引き渡す処理を行う。
【００３９】
需給協調対応制御部４１は、ＤＲイベントシグナルを受信した時に、空調目標電力量計算部４２から空調電力量目標値を受け取り、受信した空調電力量目標値を空調設定温度計算部４３に渡して、空調設定温度計算部４３で算出された空調設定温度目標値を受信し、受信した空調設定温度目標値を空調機制御部４４に送信する処理を行う。
【００４０】
空調目標電力量計算部４２は、需給協調対応制御部４１からの問い合わせに対して、需要家の総電力量の現在値や将来予測値に基づいて、総電力量の抑制目標値を計算し、空調電力量の現在値や将来予測値に基づいて、空調電力量の目標値を計算する。
【００４１】
例えば、総電力量の抑制目標値については、事前に抑制率を設定しておき、総電力量抑制目標値＝総電力量現在値×抑制率で計算することが考えられる。又、空調電力量の目標値については、空調電力量目標値＝ｍａｘ｛空調電力量現在値−総電力量抑制目標値、０｝で計算することが考えられる。
【００４２】
空調設定温度計算部４３は、空調機部分負荷特性データ部４６を用いて、与えられた空調電力量の目標値に対応する空調出力，現在の空調電力量に対応する空調出力を求め、その差分を計算して、これを空調出力調整量とする。空調機部分負荷特性データ部４６は、空調出力とそのときの空調電力量を対応付けるデータであり、上述したように、予め空調機部分負荷特性同定部４８により作成される。
【００４３】
空調設定温度計算部４３は、次に、室内熱容量特性データ部４５の室内熱容量特性データを用いて、上述した空調出力調整量により、室内から除去される、或いは室内に加えられる熱量に対応する室内の温度変化量を求める。室内熱容量特性データ部４５は、空調対象の室内の増減熱量と室内温度変化量を対応付けるデータであり、上述したように、予め室内熱容量特性同定部４７により作成されている。空調設定温度計算部４３は、求めた温度変化量を現在の室温から差し引き、これを空調設定温度目標値として出力する。
【００４４】
空調機制御部４４は、需給協調対応制御部４１から受け取った空調設定温度目標値を設定温度変更指令として、空調機監視制御装置通信部５１を介して、空調機監視制御装置３２に送信する。空調設定温度目標値を受信した空調機監視制御装置３２は、空調設定温度目標値となるように室内機３５と室外機３６を制御する。
【００４５】
このような構成とすることにより、ＤＲイベント発生時の電力抑制を目標値に誘導するにあたって、室内の構造や配置物や在室状況などによる影響を考慮して、空調電力抑制量に対応する設定温度を精度良く求めることができ、需要家の利便性や快適性への影響を小さくすることが可能になる。
【００４６】
図３は、需要家ＥＭＳ２４の別の例を示す構成図である。この例では、図２に示す実施例に、室内熱容量特性実績データ部５６と室内熱容量特性予測部５５が追加され、室内熱容量特性予測部５５は、室内熱容量特性データ部４５と接続され、室内熱容量特性実績データ部５６は室内熱容量特性予測部５５及び室内熱容量特性同定部４７と接続されている。
【００４７】
室内熱容量特性実績データ部５６は、過去の各時刻毎に、室内熱容量特性同定部４７が同定した室内熱容量特性データの他、室内熱容量特性データに影響を与える在室人数などのデータを格納して管理する。
【００４８】
室内熱容量特性予測部５５は、室内熱容量特性実績データから過去の室内熱容量特性データや在室人数などのデータを参照し、将来のある時刻断面の室内熱容量特性データを予測して作成する。例えば、現時点から事前に定める設定時間だけ過去の複数の時刻断面を対象に、室内熱容量特性データと在室人数の関係を１次式や２次式などで最小二乗法により近似し、予測しようとしている将来の時刻断面の在室人数を、前日の同時刻の在室人数と同じとして予測して、先に求めた近似式に代入することによって、予測対象時刻断面の室内熱容量特性データを求めることが考えられる。
【００４９】
本実施例では、空調目標電力計算部４２は、将来時点の空調電力量目標値を計算する。又、空調設定温度計算部４３は、将来時点の室内根雨容量特性データを用いて、将来時点での空調設定温度目標値を計算する。そして、需給協調対応制御部４１は、その将来時点での空調設定温度目標値を入出力部に表示する。
【００５０】
このように構成しているので、ＤＲイベントシグナルを受信した際に、大きな設定温度緩和幅が表示された時間帯があれば、その時間帯の少し前に空調出力を高めておくことで、冷房では室内の熱量を除去しておき、暖房時は熱量を付加しておき、それによって当該時間帯の室内環境への影響を抑制するなどの対策を可能とする。
【符号の説明】
【００５１】
１  電力管理装置
２  需要家電力運用装置
３，４  通信ネットワーク
５  需給協調運用システム
１０  通信サーバ
１１  検針サーバ
１２  需給協調運用サーバ
２１  エアコン
２４  需要家ＥＭＳ
２５  ＰＣ
２６  需給協調運用クライアント
４１  需給協調対応制御部
４２  空調目標電力量計算部
４３  空調設定温度計算部
４４  空調機制御部
【図１】
2011036084.tif 000003
【図２】
2011036084.tif 000004
【図３】
2011036084.tif 000005