(57)【要約】【課題】三相間の電力バランスを改善する。【解決手段】電力総和抑制制御装置は、三相交流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相別にグルーピング情報を記憶するグルーピング情報記憶部（１）と、制御ループのヒータの総電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力部（２）と、割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分し、相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔを求める相別割当総電力算出部（３）と、相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔを基にＲ相、Ｓ相、Ｔ相の制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＲ相、Ｓ相、Ｔ相のグループの電力使用量を抑制する電力抑制部（４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ）と、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のグループのヒータを制御する制御部（５Ｒ−ｉ，５Ｓ−ｉ，５Ｔ−ｉ）とを備える。【選択図】  図１
2015208108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれかを使用する各制御系について、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相別に制御系ループの構成を示すグルーピング情報を予め記憶するグルーピング情報記憶手段と、
全ての制御ループのアクチュエータの総電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力手段と、
前記割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分し、相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔを求める相別割当総電力算出手段と、
前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｒと前記グルーピング情報を基にＲ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＲ相グループの電力使用量を抑制するＲ相電力抑制手段と、
前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｓと前記グルーピング情報を基にＳ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＳ相グループの電力使用量を抑制するＳ相電力抑制手段と、
前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｔと前記グルーピング情報を基にＴ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＴ相グループの電力使用量を抑制するＴ相電力抑制手段と、
Ｒ相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記Ｒ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを対応するＲ相グループの制御ループのアクチュエータに出力するＲ相制御手段と、
Ｓ相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記Ｓ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを対応するＳ相グループの制御ループのアクチュエータに出力するＳ相制御手段と、
Ｔ相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記Ｔ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを対応するＴ相グループの制御ループのアクチュエータに出力するＴ相制御手段とを備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力総和抑制制御装置において、
前記Ｒ相電力抑制手段、Ｓ相電力抑制手段、Ｔ相電力抑制手段の各々は、
前記相別割当総電力算出手段が算出した相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔのうち対応するグループの相別割当総電力の情報を受信する相別割当総電力入力手段と、
対応するグループの各制御ループの消費電力値ＣＴを取得する電力値取得手段と、
対応するグループの各制御ループの最大出力時消費電力値ＣＴｍを取得する最大出力時電力値取得手段と、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍと前記消費電力値ＣＴとの差から対応するグループの各制御ループの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループの電力余裕の比率と前記相別割当総電力入力手段が受信した相別割当総電力の値に基づいて、対応するグループの各制御ループの操作量出力上限値ＯＨを算出する操作量出力上限値操作手段とをそれぞれ備え、
前記操作量出力上限値操作手段は、対応するグループの各制御ループの電力余裕が公平な状態に近づくように対応するグループの操作量出力上限値ＯＨを算出することを特徴とする電力総和抑制制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の電力総和抑制制御装置において、
前記Ｒ相電力抑制手段、Ｓ相電力抑制手段、Ｔ相電力抑制手段の操作量出力上限値操作手段は、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍと前記消費電力値ＣＴとの差から対応するグループの各制御ループの電力余裕ＣＴｒを制御ループ毎に算出する電力余裕算出手段と、
対応するグループの各制御ループの最大出力時消費電力値ＣＴｍの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出手段と、
対応するグループの各制御ループの電力余裕ＣＴｒの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出手段と、
対応するグループについて削減すべき総電力量である電力削減総量ＳＷを、前記最大総電力ＢＸと前記相別割当総電力入力手段が受信した相別割当総電力の値とから算出する電力削減総量算出手段と、
対応するグループの各制御ループで削減すべき電力量である電力削減割当量ＣＴｓを前記電力余裕ＣＴｒと前記電力余裕総量ＲＷと前記電力削減総量ＳＷとから制御ループ毎に算出する電力削減割当量算出手段と、
前記電力削減割当量ＣＴｓと前記最大出力時消費電力値ＣＴｍとから対応するグループの各制御ループの操作量出力上限値ＯＨを算出する出力上限値算出手段とをそれぞれ備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力総和抑制制御装置において、
さらに、Ｒ相グループの合計の消費電力値、Ｓ相グループの合計の消費電力値、Ｔ相グループの合計の消費電力値のうちの最低値である最低電力Ｗｍｉｎを検出する最低電力検出手段を備え、
前記相別割当総電力算出手段は、前記割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分した電力を算出すると共に、前記最低電力Ｗｍｉｎに基づく電力を算出し、前記割当総電力ＰＷを３等分した電力と前記最低電力Ｗｍｉｎに基づく電力のうちいずれか小さい方を、前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔとすることを特徴とする電力総和抑制制御装置。
【請求項５】
三相交流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれかを使用する全ての制御ループのアクチュエータの総電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力ステップと、
前記割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分し、相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔを求める相別割当総電力算出ステップと、
Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相別に制御系ループの構成を示すグルーピング情報を予め記憶するグルーピング情報記憶手段を参照し、前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｒと前記グルーピング情報を基にＲ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＲ相グループの電力使用量を抑制するＲ相電力抑制ステップと、
前記グルーピング情報記憶手段を参照し、前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｓと前記グルーピング情報を基にＳ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＳ相グループの電力使用量を抑制するＳ相電力抑制ステップと、
前記グルーピング情報記憶手段を参照し、前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｔと前記グルーピング情報を基にＴ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＴ相グループの電力使用量を抑制するＴ相電力抑制ステップと、
Ｒ相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記Ｒ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを対応するＲ相グループの制御ループのアクチュエータに出力するＲ相制御ステップと、
Ｓ相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記Ｓ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを対応するＳ相グループの制御ループのアクチュエータに出力するＳ相制御ステップと、
Ｔ相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記Ｔ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを対応するＴ相グループの制御ループのアクチュエータに出力するＴ相制御ステップとを含むことを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【請求項６】
請求項５記載の電力総和抑制制御方法において、
前記Ｒ相電力抑制ステップ、Ｓ相電力抑制ステップ、Ｔ相電力抑制ステップの各々は、
前記相別割当総電力算出ステップで算出した相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔのうち対応するグループの相別割当総電力の情報を受信する相別割当総電力入力ステップと、
対応するグループの各制御ループの消費電力値ＣＴを取得する電力値取得ステップと、
対応するグループの各制御ループの最大出力時消費電力値ＣＴｍを取得する最大出力時電力値取得ステップと、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍと前記消費電力値ＣＴとの差から対応するグループの各制御ループの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループの電力余裕の比率と前記相別割当総電力入力ステップで受信した相別割当総電力の値に基づいて、対応するグループの各制御ループの操作量出力上限値ＯＨを算出する操作量出力上限値操作ステップとをそれぞれ含み、
前記操作量出力上限値操作ステップは、対応するグループの各制御ループの電力余裕が公平な状態に近づくように対応するグループの操作量出力上限値ＯＨを算出することを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【請求項７】
請求項６記載の電力総和抑制制御方法において、
前記Ｒ相電力抑制ステップ、Ｓ相電力抑制ステップ、Ｔ相電力抑制ステップの操作量出力上限値操作ステップは、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍと前記消費電力値ＣＴとの差から対応するグループの各制御ループの電力余裕ＣＴｒを制御ループ毎に算出する電力余裕算出ステップと、
対応するグループの各制御ループの最大出力時消費電力値ＣＴｍの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出ステップと、
対応するグループの各制御ループの電力余裕ＣＴｒの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出ステップと、
対応するグループについて削減すべき総電力量である電力削減総量ＳＷを、前記最大総電力ＢＸと前記相別割当総電力入力ステップで受信した相別割当総電力の値とから算出する電力削減総量算出ステップと、
対応するグループの各制御ループで削減すべき電力量である電力削減割当量ＣＴｓを前記電力余裕ＣＴｒと前記電力余裕総量ＲＷと前記電力削減総量ＳＷとから制御ループ毎に算出する電力削減割当量算出ステップと、
前記電力削減割当量ＣＴｓと前記最大出力時消費電力値ＣＴｍとから対応するグループの各制御ループの操作量出力上限値ＯＨを算出する出力上限値算出ステップとをそれぞれ含むことを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の電力総和抑制制御方法において、
さらに、Ｒ相グループの合計の消費電力値、Ｓ相グループの合計の消費電力値、Ｔ相グループの合計の消費電力値のうちの最低値である最低電力Ｗｍｉｎを検出する最低電力検出ステップを含み、
前記相別割当総電力算出ステップは、前記割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分した電力を算出すると共に、前記最低電力Ｗｍｉｎに基づく電力を算出し、前記割当総電力ＰＷを３等分した電力と前記最低電力Ｗｍｉｎに基づく電力のうちいずれか小さい方を、前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔとすることを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置および制御方法に係り、特に定常状態の電力使用量の総和が一定値を超えないように、かつ外乱抑制特性が可能な限り損なわれないように操作量出力上限値を操作する電力総和抑制制御を行なう場合に、三相交流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の三相間の電力バランスを改善する電力総和抑制制御装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化問題に起因する法改正などに伴い、工場や生産ラインのエネルギー使用量管理が強く求められている。工場内の加熱装置や空調機器は特にエネルギー使用量の大きな設備装置であるため、エネルギー使用量の上限を、本来備える最大量よりも低く抑えるように管理されることが多い。例えば電力を使用する設備装置では、電力デマンド管理システムからの指示により、特定の電力使用量以内に制限する運用が行なわれている。
【０００３】
特に複数のアクチュエータ（電気ヒータ）を備える加熱装置では、立ち上げ時（複数の電気ヒータが設置されている領域の一斉昇温時）に同時供給される総電力を抑制するために、電力総和抑制制御（特許文献１参照）などが提案されている。図７は特許文献１に開示された加熱装置の構成を示すブロック図である。加熱装置は、被加熱物を加熱するための加熱処理炉１００と、加熱処理炉１００の内部に設置された複数のアクチュエータである電気ヒータＨ１〜Ｈ４と、それぞれヒータＨ１〜Ｈ４によって加熱される加熱処理炉１００内の制御ゾーンＺ１〜Ｚ４の温度ＰＶを測定する複数の温度センサＳ１〜Ｓ４と、ヒータＨ１〜Ｈ４に出力する操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を算出する電力総和抑制制御装置１０１と、電力総和抑制制御装置１０１から出力された操作量ＭＶ１〜ＭＶ４に応じた電力をそれぞれヒータＨ１〜Ｈ４に供給する電力調整器１０２−１〜１０２−４とから構成される。この図７に示した加熱装置においては、制御ゾーンＺ１〜Ｚ４の温度ＰＶを制御する制御ループが、４個形成されていることになる。
【０００４】
電力総和抑制制御装置１０１は、電力を管理する電力デマンド管理システムのコンピュータである上位ＰＣ１０３から、ヒータＨ１〜Ｈ４の電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信し、各制御ループの消費電力値から各制御ループの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループの電力余裕の比率と割当総電力ＰＷに基づいて各制御ループの操作量出力上限値ＯＨ１＿１〜ＯＨ１＿４を算出する。そして、電力総和抑制制御装置１０１は、ＰＩＤ制御演算により各制御ループの操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を算出し、操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を操作量出力上限値ＯＨ１＿１〜ＯＨ１＿４以下に制限する上限リミット処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を対応する制御ループの電力調整器１０２−１〜１０２−４に出力する。こうして、操作量出力上限値ＯＨ１＿１〜ＯＨ１＿４を操作することで、外乱印加におけるリカバリー時の総電力を指定された値以下に抑制できる。
【０００５】
特許文献１に開示された技術のようにＰＩＤ制御演算の操作量出力上限値ＯＨを操作する場合、温度制御のアクチュエータが単相電気ヒータであれば、相間バランスに配慮しなければならない。
ここで相間バランスとは、三相交流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相について電力消費側で保つべき平衡性のことである。特許文献２に示されるように、電力変換装置レベルでの対応策などは提案されているが、単相電気ヒータを複数使用する際は、各相をバランスよく使用するように設計したとしても、操作量出力上限値ＯＨを操作すると、三相間の電力バランスが予め想定できないバランスになる。
【０００６】
例えば理解しやすい形として、ＲＳ相とＳＴ相とＴＲ相、あるいはＲ相とＳ相とＴ相とニュートラル（以下、簡略的にそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相と記載）にそれぞれ４００Ｗと３００Ｗの単相電気ヒータを１個ずつ独立に割当てる６ヒータ系を想定する。６個全てのヒータについて、ＰＩＤ制御の操作量ＭＶが操作量出力上限値ＯＨ＝１００％で上限リミット処理される状態ＭＶ＝１００％であれば、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相ともに７００Ｗずつの電力消費状態（４００Ｗ＋３００Ｗ）になり、設計通りの相間バランスが得られた状態ということになる。
【０００７】
一方、操作量出力上限値ＯＨを操作することにより、偶然２個のＲ相の操作量出力上限値ＯＨが高めの９０％になり、偶然２個のＳ相の操作量出力上限値ＯＨが８０％になり、偶然２個のＴ相の操作量出力上限値ＯＨが低めの７０％になると、Ｒ相の消費電力が６３０Ｗ（ＭＶ＝９０％に伴い３６０Ｗ＋２７０Ｗ＝６３０Ｗ）、Ｓ相の消費電力が５６０Ｗ（ＭＶ＝８０％に伴い３２０Ｗ＋２４０Ｗ＝５６０Ｗ）、Ｔ相の消費電力が４９０Ｗ（ＭＶ＝７０％に伴い２８０Ｗ＋２１０Ｗ＝４９０Ｗ）という状態になる。この場合、相間の消費電力の最大差の比率は６３０Ｗ／４９０Ｗ＝１．２９で、約１．３倍の格差となり、三相間の電力バランスが不適切な状態に陥る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−０４８３７０号公報
【特許文献２】特開２０１３−０６６３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、従来の技術では、複数の制御系における電力使用量の総和が一定値を超えないように、かつ外乱抑制特性が可能な限り損なわれないように操作量出力上限値を操作する場合に、三相間の電力バランスが不適切な状態に陥る可能性があるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の制御系における電力使用量の総和が一定値を超えないように、かつ外乱抑制特性が可能な限り損なわれないように操作量出力上限値を操作する場合に、三相間の電力バランスを改善する電力総和抑制制御装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電力総和抑制制御装置は、三相交流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれかを使用する各制御系について、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相別に制御系ループの構成を示すグルーピング情報を予め記憶するグルーピング情報記憶手段と、全ての制御ループのアクチュエータの総電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力手段と、前記割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分し、相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔを求める相別割当総電力算出手段と、前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｒと前記グルーピング情報を基にＲ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＲ相グループの電力使用量を抑制するＲ相電力抑制手段と、前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｓと前記グルーピング情報を基にＳ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＳ相グループの電力使用量を抑制するＳ相電力抑制手段と、前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｔと前記グルーピング情報を基にＴ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＴ相グループの電力使用量を抑制するＴ相電力抑制手段と、Ｒ相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記Ｒ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを対応するＲ相グループの制御ループのアクチュエータに出力するＲ相制御手段と、Ｓ相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記Ｓ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを対応するＳ相グループの制御ループのアクチュエータに出力するＳ相制御手段と、Ｔ相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記Ｔ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを対応するＴ相グループの制御ループのアクチュエータに出力するＴ相制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例において、前記Ｒ相電力抑制手段、Ｓ相電力抑制手段、Ｔ相電力抑制手段の各々は、前記相別割当総電力算出手段が算出した相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔのうち対応するグループの相別割当総電力の情報を受信する相別割当総電力入力手段と、対応するグループの各制御ループの消費電力値ＣＴを取得する電力値取得手段と、対応するグループの各制御ループの最大出力時消費電力値ＣＴｍを取得する最大出力時電力値取得手段と、前記最大出力時消費電力値ＣＴｍと前記消費電力値ＣＴとの差から対応するグループの各制御ループの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループの電力余裕の比率と前記相別割当総電力入力手段が受信した相別割当総電力の値に基づいて、対応するグループの各制御ループの操作量出力上限値ＯＨを算出する操作量出力上限値操作手段とをそれぞれ備え、前記操作量出力上限値操作手段は、対応するグループの各制御ループの電力余裕が公平な状態に近づくように対応するグループの操作量出力上限値ＯＨを算出することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例において、前記Ｒ相電力抑制手段、Ｓ相電力抑制手段、Ｔ相電力抑制手段の操作量出力上限値操作手段は、前記最大出力時消費電力値ＣＴｍと前記消費電力値ＣＴとの差から対応するグループの各制御ループの電力余裕ＣＴｒを制御ループ毎に算出する電力余裕算出手段と、対応するグループの各制御ループの最大出力時消費電力値ＣＴｍの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出手段と、対応するグループの各制御ループの電力余裕ＣＴｒの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出手段と、対応するグループについて削減すべき総電力量である電力削減総量ＳＷを、前記最大総電力ＢＸと前記相別割当総電力入力手段が受信した相別割当総電力の値とから算出する電力削減総量算出手段と、対応するグループの各制御ループで削減すべき電力量である電力削減割当量ＣＴｓを前記電力余裕ＣＴｒと前記電力余裕総量ＲＷと前記電力削減総量ＳＷとから制御ループ毎に算出する電力削減割当量算出手段と、前記電力削減割当量ＣＴｓと前記最大出力時消費電力値ＣＴｍとから対応するグループの各制御ループの操作量出力上限値ＯＨを算出する出力上限値算出手段とをそれぞれ備えることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例は、さらに、Ｒ相グループの合計の消費電力値、Ｓ相グループの合計の消費電力値、Ｔ相グループの合計の消費電力値のうちの最低値である最低電力Ｗｍｉｎを検出する最低電力検出手段を備え、前記相別割当総電力算出手段は、前記割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分した電力を算出すると共に、前記最低電力Ｗｍｉｎに基づく電力を算出し、前記割当総電力ＰＷを３等分した電力と前記最低電力Ｗｍｉｎに基づく電力のうちいずれか小さい方を、前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔとすることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の電力総和抑制制御方法は、三相交流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれかを使用する全ての制御ループのアクチュエータの総電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力ステップと、前記割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分し、相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔを求める相別割当総電力算出ステップと、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相別に制御系ループの構成を示すグルーピング情報を予め記憶するグルーピング情報記憶手段を参照し、前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｒと前記グルーピング情報を基にＲ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＲ相グループの電力使用量を抑制するＲ相電力抑制ステップと、前記グルーピング情報記憶手段を参照し、前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｓと前記グルーピング情報を基にＳ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＳ相グループの電力使用量を抑制するＳ相電力抑制ステップと、前記グルーピング情報記憶手段を参照し、前記相別割当総電力ＰＷ＿Ｔと前記グルーピング情報を基にＴ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨを操作してＴ相グループの電力使用量を抑制するＴ相電力抑制ステップと、Ｒ相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記Ｒ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを対応するＲ相グループの制御ループのアクチュエータに出力するＲ相制御ステップと、Ｓ相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記Ｓ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを対応するＳ相グループの制御ループのアクチュエータに出力するＳ相制御ステップと、Ｔ相グループの制御ループ毎に制御演算により操作量ＭＶを算出し、この操作量ＭＶを前記Ｔ相グループの制御ループの操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶを対応するＴ相グループの制御ループのアクチュエータに出力するＴ相制御ステップとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分し、３等分した相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔを基にグループ別に操作量出力上限値ＯＨを操作する電力総和抑制制御を行なうことにより、同一のグループに属する複数の制御系に関し、定常状態において電力使用量の総和が相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔを超えないように、かつ外乱抑制特性が可能な限り損なわれないように、制御を行なうことができる。また、本発明では、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のグループ毎に総電力を管理するので、三相間の電力バランスを改善することができる。
【００１７】
また、本発明では、Ｒ相グループの合計の消費電力値、Ｓ相グループの合計の消費電力値、Ｔ相グループの合計の消費電力値のうちの最低値である最低電力Ｗｍｉｎを検出し、割当総電力ＰＷを３等分した電力と最低電力Ｗｍｉｎに基づく電力のうちいずれか小さい方を、相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔとすることにより、三相間の電力消費格差が所望の値を超えないように管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る制御系のブロック線図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の動作例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】複数の電気ヒータを備える加熱装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［発明の原理１］
発明者は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各相間の電力消費格差が特に大きくなる要因として、例えば多数の温度制御系における外乱抑制制御時の大電力が、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の区別もなく、無制限に調整対象になることに着眼した。すなわち、大電力状態になれば制御ループ間での格差も大きくなりやすく、かつ多数の温度制御系にＲ相、Ｓ相、Ｔ相の区別がなければ、三相の電力使用量の不均衡が偶然にも大きくなる余地が生じることになる。例えば、電力抑制度合の小さい制御系はＲ相ばかりになり、逆に電力抑制度合の大きい制御系はＴ相ばかりになるというようなことが発生する。
【００２０】
そこで、発明者は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに分け、グループ毎に総電力を管理することに着眼した。例えば最も基本的な割当抑制を実行する場合においては、割当総電力をＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに原則として３等分し、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相グループ毎に同じ割当総電力で総電力抑制制御を実行することにより、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各相が同じ最大電力内に管理されながら制御を動作させられることに想到した。この場合、割当総電力分を最大限に活用しない状態も発生し得るが、三相間の電力バランスを維持することを優先するのであれば、以上の課題解決原理を適用するのが好ましい。
【００２１】
［発明の原理２］
割当総電力をＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分する場合、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれかの電力消費が他に比べて極端に少なくなれば、最大電力内に管理されていても、電力消費格差は管理されている範囲内で大きくなる。このような状況をさらに改善するのであれば、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれかの最低値になる消費電力を検出し、その最低電力を基準にＲ相、Ｓ相、Ｔ相グループ毎の相別割当総電力を決定するのが好ましい。例えば、格差の上限比率をα（＞１．０）と予め規定し、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれかの最低値になる電力がＷｍｉｎと検出された場合、相別割当総電力をαＷｍｉｎと決定するような処理になる。
【００２２】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、上記発明の原理１に対応する例である。ここでは、特許文献１に開示された電力総和抑制制御を利用する際に、三相間の電力バランスを改善するための発明として説明する。また、説明を簡単化するため、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電気ヒータを３個ずつとし、それぞれが別々の９個のＰＩＤ制御ループにおけるアクチュエータとして使用されている構成とする。
【００２３】
具体的には、Ｒ相を使用する電気ヒータのうち、制御ループＬ１，Ｌ２に設けられる電気ヒータＨ１，Ｈ２の定格出力を共に４００Ｗ、制御ループＬ３に設けられる電気ヒータＨ３の定格出力を３００Ｗとする。Ｓ相を使用する電気ヒータのうち、制御ループＬ４，Ｌ５に設けられる電気ヒータＨ４，Ｈ５の定格出力を共に４００Ｗ、制御ループＬ６に設けられる電気ヒータＨ６の定格出力を３００Ｗとする。Ｔ相を使用する電気ヒータのうち、制御ループＬ７，Ｌ８に設けられる電気ヒータＨ７，Ｈ８の定格出力を共に４００Ｗ、制御ループＬ９に設けられる電気ヒータＨ９の定格出力を３００Ｗとする。
【００２４】
本実施の形態の電力総和抑制制御装置は、三相交流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれかを使用する各制御系について、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相別に制御系ループの構成を示すグルーピング情報を予め記憶するグルーピング情報記憶部１と、全ての制御ループの電気ヒータの総電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を上位システムの装置（図７の例では上位ＰＣ１０３）から受信する割当総電力入力部２と、割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分し、相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔを求める相別割当総電力算出部３と、Ｒ相を使用する複数の制御ループの集合であるＲ相グループの電力総和抑制制御を行なうＲ相電力抑制部４Ｒと、Ｓ相を使用する複数の制御ループの集合であるＳ相グループの電力総和抑制制御を行なうＳ相電力抑制部４Ｓと、Ｔ相を使用する複数の制御ループの集合であるＴ相グループの電力総和抑制制御を行なうＴ相電力抑制部４Ｔと、Ｒ相グループの電気ヒータを制御するＲ相制御部５Ｒ−ｉと、Ｓ相グループの電気ヒータを制御するＳ相制御部５Ｓ−ｉと、Ｔ相グループの電気ヒータを制御するＴ相制御部５Ｔ−ｉとから構成される。
【００２５】
Ｒ相電力抑制部４Ｒは、Ｒ相グループの相別割当総電力ＰＷ＿Ｒの情報を受信する相別割当総電力入力部４０Ｒと、Ｒ相グループの各制御ループＬｉ（本実施の形態ではｉ＝１〜３）の消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得部４１Ｒと、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得部４２Ｒと、最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと消費電力値ＣＴｉとから各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出部４３Ｒと、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出部４４Ｒと、各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出部４５Ｒと、削減すべき総電力量である電力削減総量ＳＷを最大総電力ＢＸと割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出部４６Ｒと、各制御ループＬｉで削減すべき電力量である電力削減割当量ＣＴｓｉを算出する電力削減割当量算出部４７Ｒと、電力削減割当量ＣＴｓｉと最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する出力上限値算出部４８Ｒとから構成される。
【００２６】
電力余裕算出部４３Ｒと最大総電力算出部４４Ｒと電力余裕総量算出部４５Ｒと電力削減総量算出部４６Ｒと電力削減割当量算出部４７Ｒと出力上限値算出部４８Ｒとは、操作量出力上限値操作手段を構成している。
Ｒ相制御部５Ｒ−ｉは、設定値ＳＰｉ入力部５０Ｒ−ｉと、制御量ＰＶｉ入力部５１Ｒ−ｉと、ＰＩＤ制御演算部５２Ｒ−ｉと、出力上限処理部５３Ｒ−ｉと、操作量ＭＶｉ出力部５４Ｒ−ｉとから構成される。このＲ相制御部５Ｒ−ｉは、制御ループＬｉ毎に設けられる。
【００２７】
Ｓ相電力抑制部４Ｓは、Ｓ相グループの相別割当総電力ＰＷ＿Ｓの情報を受信する相別割当総電力入力部４０Ｓと、Ｓ相グループの各制御ループＬｉ（本実施の形態ではｉ＝４〜６）の消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得部４１Ｓと、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得部４２Ｓと、最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと消費電力値ＣＴｉとから各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出部４３Ｓと、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出部４４Ｓと、各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出部４５Ｓと、削減すべき総電力量である電力削減総量ＳＷを最大総電力ＢＸと割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出部４６Ｓと、各制御ループＬｉで削減すべき電力量である電力削減割当量ＣＴｓｉを算出する電力削減割当量算出部４７Ｓと、電力削減割当量ＣＴｓｉと最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する出力上限値算出部４８Ｓとから構成される。
【００２８】
電力余裕算出部４３Ｓと最大総電力算出部４４Ｓと電力余裕総量算出部４５Ｓと電力削減総量算出部４６Ｓと電力削減割当量算出部４７Ｓと出力上限値算出部４８Ｓとは、操作量出力上限値操作手段を構成している。
Ｓ相制御部５Ｓ−ｉは、設定値ＳＰｉ入力部５０Ｓ−ｉと、制御量ＰＶｉ入力部５１Ｓ−ｉと、ＰＩＤ制御演算部５２Ｓ−ｉと、出力上限処理部５３Ｓ−ｉと、操作量ＭＶｉ出力部５４Ｓ−ｉとから構成される。このＳ相制御部５Ｓ−ｉは、制御ループＬｉ毎に設けられる。
【００２９】
Ｔ相電力抑制部４Ｔは、Ｔ相グループの相別割当総電力ＰＷ＿Ｔの情報を受信する相別割当総電力入力部４０Ｔと、Ｔ相グループの各制御ループＬｉ（本実施の形態ではｉ＝７〜９）の消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得部４１Ｔと、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得部４２Ｔと、最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと消費電力値ＣＴｉとから各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出部４３Ｔと、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出部４４Ｔと、各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出部４５Ｔと、削減すべき総電力量である電力削減総量ＳＷを最大総電力ＢＸと割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出部４６Ｔと、各制御ループＬｉで削減すべき電力量である電力削減割当量ＣＴｓｉを算出する電力削減割当量算出部４７Ｔと、電力削減割当量ＣＴｓｉと最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する出力上限値算出部４８Ｔとから構成される。
【００３０】
電力余裕算出部４３Ｔと最大総電力算出部４４Ｔと電力余裕総量算出部４５Ｔと電力削減総量算出部４６Ｔと電力削減割当量算出部４７Ｔと出力上限値算出部４８Ｔとは、操作量出力上限値操作手段を構成している。
Ｔ相制御部５Ｔ−ｉは、設定値ＳＰｉ入力部５０Ｔ−ｉと、制御量ＰＶｉ入力部５１Ｔ−ｉと、ＰＩＤ制御演算部５２Ｔ−ｉと、出力上限処理部５３Ｔ−ｉと、操作量ＭＶｉ出力部５４Ｔ−ｉとから構成される。このＴ相制御部５Ｔ−ｉは、制御ループＬｉ毎に設けられる。
【００３１】
図２は本実施の形態の制御系のブロック線図である。Ｒ相グループの各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜３）は、それぞれＲ相制御部５Ｒ−ｉと、制御対象ＰＲｉとから構成される。後述のように、Ｒ相制御部５Ｒ−ｉは、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉとから操作量ＭＶｉを算出して、この操作量ＭＶｉを制御対象ＰＲｉに出力する。図７の例では、制御対象ＰＲｉはヒータＨｉが加熱する加熱処理炉１００であるが、操作量ＭＶｉの実際の出力先は電力調整器１０２−ｉであり、操作量ＭＶｉに応じた電力が電力調整器１０２−ｉからヒータＨｉに供給される。同様に、Ｓ相グループの各制御ループＬｉ（ｉ＝４〜６）は、それぞれＳ相制御部５Ｓ−ｉと、制御対象ＰＳｉとから構成され、Ｔ相グループの各制御ループＬｉ（ｉ＝７〜９）は、それぞれＴ相制御部５Ｔ−ｉと、制御対象ＰＴｉとから構成される。
【００３２】
以下、本実施の形態の電力総和抑制制御装置の動作を図３を参照して説明する。割当総電力入力部２は、電力を管理する電力デマンド管理システムのコンピュータ（図７の例では上位ＰＣ１０３）から、電気ヒータの総電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する（図３ステップＳ１００）。
相別割当総電力算出部３は、割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分した値ＰＷ／３を算出し、この３等分した値ＰＷ／３を相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔとする（図３ステップＳ１０１）。
【００３３】
Ｒ相電力抑制部４Ｒの相別割当総電力入力部４０Ｒは、相別割当総電力算出部３からＲ相グループの相別割当総電力ＰＷ＿Ｒの情報を受信する（図３ステップＳ１０２）。
Ｒ相電力抑制部４Ｒの電力値取得部４１Ｒは、Ｒ相グループの各制御ループＬｉの現在の消費電力値ＣＴｉ（具体的にはヒータＨｉの消費電力値）を制御ループＬｉ毎に取得する（図３ステップＳ１０３）。電力値取得部４１Ｒは、消費電力値ＣＴｉを測定してもよいし、推定してもよい。消費電力値ＣＴｉを推定するには、制御ループＬｉのヒータＨｉに流れる電流値と制御ループＬｉの制御量ＰＶｉとを入力変数として、予め設定された電力推定関数式により消費電力値ＣＴｉを求めるようにすればよい。また、制御ループＬｉの操作量ＭＶｉと制御量ＰＶｉとを入力変数としてよいし、ヒータＨｉに流れる電流値と制御量ＰＶｉと操作量ＭＶｉとを入力変数としてもよい。消費電力値ＣＴｉの具体的な推定方法は、特開２００９−２２９３８２号公報に開示されているので、詳細な説明は省略する。
【００３４】
なお、グルーピング情報記憶部１に予め登録されているグルーピング情報は、ヒータＨｉが使用されるグループおよび制御ループの情報をヒータ毎に定義すると共に、設定値ＳＰｉ、制御量ＰＶｉ、操作量ＭＶｉが使用されるグループおよび制御ループの情報を設定値毎、制御量毎、操作量毎に定義したものである。したがって、Ｒ相電力抑制部４Ｒの各構成要素は、複数のヒータＨｉのうちどのヒータがＲ相グループで使用されるもので、Ｒ相グループの制御ループＬｉのうちどの制御ループで使用されるものかを、グルーピング情報記憶部１に登録されたグルーピング情報により認識することができる。同様に、複数の設定値ＳＰｉ、制御量ＰＶｉ、操作量ＭＶｉのうちどれがＲ相グループで使用されるもので、Ｒ相グループの制御ループＬｉのうちどの制御ループで使用されるものかを、グルーピング情報により認識することができる。
【００３５】
Ｒ相電力抑制部４Ｒの最大出力時電力値取得部４２Ｒは、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを制御ループＬｉ毎に取得する（図３ステップＳ１０４）。ここで、最大出力時とは、操作量ＭＶｉが最大値１００％のときのことを言う。最大出力時電力値取得部４２Ｒは、あらかじめ記憶している最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取り出してもよいし、推定してもよい。制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを推定するには、電力値取得部４１Ｒが取得した当該制御ループの消費電力値ＣＴｉと当該制御ループのＲ相制御部５Ｒ−ｉから出力される操作量ＭＶｉに基づき、次式により近似的に推定すればよい。
ＣＴｍｉ＝ＣＴｉ（１００．０／ＭＶｉ）                          ・・・（１）
【００３６】
Ｒ相電力抑制部４Ｒの電力余裕算出部４３Ｒは、最大出力時電力値取得部４２Ｒが取得した最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと電力値取得部４１Ｒが取得した消費電力値ＣＴｉとから、各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを次式により制御ループＬｉ毎に算出する（図３ステップＳ１０５）。
ＣＴｒｉ＝ＣＴｍｉ−ＣＴｉ                                      ・・・（２）
【００３７】
Ｒ相電力抑制部４Ｒの最大総電力算出部４４Ｒは、最大出力時電力値取得部４２Ｒが取得した最大出力時消費電力値ＣＴｍｉから、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを次式により算出する（図３ステップＳ１０６）。
ＢＸ＝ΣＣＴｍｉ＝ＣＴｍ１＋ＣＴｍ２＋・・・＋ＣＴｍｎ          ・・・（３）
【００３８】
Ｒ相電力抑制部４Ｒの電力余裕総量算出部４５Ｒは、電力余裕算出部４３Ｒが算出した値から各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを次式により算出する（図３ステップＳ１０７）。
ＲＷ＝ΣＣＴｒｉ＝ＣＴｒ１＋ＣＴｒ２＋・・・＋ＣＴｒｎ          ・・・（４）
【００３９】
Ｒ相電力抑制部４Ｒの電力削減総量算出部４６Ｒは、削減すべき総電力量である電力削減総量ＳＷを、最大総電力算出部４４Ｒが算出した最大総電力ＢＸとＲ相グループの相別割当総電力ＰＷ＿Ｒとから次式により算出する（図３ステップＳ１０８）。
ＳＷ＝ＢＸ−ＰＷ＿Ｒ                                            ・・・（５）
【００４０】
Ｒ相電力抑制部４Ｒの電力削減割当量算出部４７Ｒは、電力削減総量算出部４６Ｒが算出した電力削減総量ＳＷと電力余裕算出部４３Ｒが算出した電力余裕ＣＴｒｉと電力余裕総量算出部４５Ｒが算出した電力余裕総量ＲＷとから、各制御ループＬｉで削減すべき電力量である電力削減割当量ＣＴｓｉを次式により制御ループＬｉ毎に算出する（図３ステップＳ１０９）。
ＣＴｓｉ＝ＳＷ（ＣＴｒｉ／ＲＷ）                                ・・・（６）
【００４１】
Ｒ相電力抑制部４Ｒの出力上限値算出部４８Ｒは、電力削減割当量算出部４７Ｒが算出した電力削減割当量ＣＴｓｉと最大出力時電力値取得部４２Ｒが取得した最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから、各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを次式により制御ループＬｉ毎に算出する（図３ステップＳ１１０）。
ＯＨｉ＝｛１．０−（ＣＴｓｉ／ＣＴｍｉ）｝１００．０［％］      ・・・（７）
なお、ＢＸ＜ＰＷ＿Ｒになる場合、すなわちＳＷ＜０になる場合は、ＯＨｉが１００％を超えるが、その場合はＯＨｉを１００％で上限カットすればよい。
【００４２】
次に、Ｒ相制御部５Ｒ−ｉは、制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを以下のとおりに算出する。Ｒ相グループの制御ループＬｉの設定値ＳＰｉは、オペレータによって設定され、設定値ＳＰｉ入力部５０Ｒ−ｉを介してＰＩＤ制御演算部５２Ｒ−ｉに入力される（図３ステップＳ１１１）。
Ｒ相グループの制御ループＬｉの制御量ＰＶｉ（温度）は、この制御ループＬｉの温度センサＳｉによって測定され、制御量ＰＶｉ入力部５１Ｒ−ｉを介してＰＩＤ制御演算部５２Ｒ−ｉに入力される（図３ステップＳ１１２）。
【００４３】
ＰＩＤ制御演算部５２Ｒ−ｉは、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉに基づいて、以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行なって制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを算出する（図３ステップＳ１１３）。
ＭＶｉ＝（１００／ＰＢｉ）｛１＋（１／ＴＩｉｓ）＋ＴＤｉｓ｝（ＳＰｉ−ＰＶｉ）
・・・（８）
ＰＢｉは比例帯、ＴＩｉは積分時間、ＴＤｉは微分時間、ｓはラプラス演算子である。
【００４４】
出力上限処理部５３Ｒ−ｉは、以下の式のような操作量ＭＶｉの上限処理を行なう（図３ステップＳ１１４）。
ＩＦ  ＭＶｉ＞ＯＨｉ  ＴＨＥＮ  ＭＶｉ＝ＯＨｉ                  ・・・（９）
すなわち、出力上限処理部５３Ｒ−ｉは、操作量ＭＶｉが制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉより大きい場合、操作量ＭＶｉ＝ＯＨｉとする上限処理を行なう。
【００４５】
操作量ＭＶｉ出力部５４Ｒ−ｉは、出力上限処理部５３Ｒ−ｉによって上限処理された操作量ＭＶｉを制御対象（実際の出力先は例えば電力調整器１０２−ｉ）に出力する（図３ステップＳ１１５）。Ｒ相制御部５Ｒ−ｉは制御ループＬｉ毎に設けられているので、ステップＳ１１１〜Ｓ１１５の処理は制御ループＬｉ毎に実施されることになる。
電力総和抑制制御装置は、以上のようなステップＳ１０３〜Ｓ１１５の処理を例えばオペレータの指示によって制御が終了するまで（ステップＳ１１６においてＹＥＳ）、一定時間毎に行なう。
【００４６】
なお、Ｓ相グループ、Ｔ相グループについても同様の処理が行なわれる。すなわち、Ｓ相電力抑制部４Ｓは、Ｓ相グループの各制御ループＬｉ（ｉ＝４〜６）についてＲ相電力抑制部４Ｒと同様の処理をステップＳ１０２〜Ｓ１１０と並行して行なう。Ｓ相電力抑制部４Ｓの各構成要素は、複数のヒータＨｉのうちどのヒータがＳ相グループで使用されるもので、Ｓ相グループの制御ループＬｉのうちどの制御ループで使用されるものかを、グルーピング情報により認識することができる。また、複数の設定値ＳＰｉ、制御量ＰＶｉ、操作量ＭＶｉのうちどれがＳ相グループで使用されるもので、Ｓ相グループの制御ループＬｉのうちどの制御ループで使用されるものかを、グルーピング情報により認識することができる。
【００４７】
Ｔ相電力抑制部４Ｔは、Ｔ相グループの各制御ループＬｉ（ｉ＝７〜９）についてＲ相電力抑制部４Ｒと同様の処理をステップＳ１０２〜Ｓ１１０と並行して行なう。Ｔ相電力抑制部４Ｔの各構成要素は、複数のヒータＨｉのうちどのヒータがＴ相グループで使用されるもので、Ｔ相グループの制御ループＬｉのうちどの制御ループで使用されるものかを、グルーピング情報により認識することができる。また、複数の設定値ＳＰｉ、制御量ＰＶｉ、操作量ＭＶｉのうちどれがＴ相グループで使用されるもので、Ｔ相グループの制御ループＬｉのうちどの制御ループで使用されるものかを、グルーピング情報により認識することができる。
【００４８】
また、Ｓ相制御部５Ｓ−ｉ（ｉ＝４〜６）は、Ｓ相グループの各制御ループＬｉについてＲ相制御部５Ｒ−ｉと同様の処理をステップＳ１１１〜Ｓ１１５と並行して行ない、Ｔ相制御部５Ｔ−ｉ（ｉ＝７〜９）は、Ｔ相グループの各制御ループＬｉについてＲ相制御部５Ｒ−ｉと同様の処理をステップＳ１１１〜Ｓ１１５と並行して行なう。
【００４９】
以上のように、本実施の形態では、割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分し、３等分した相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔを基にグループ別に操作量出力上限値ＯＨを操作する電力総和抑制制御を行なうことにより、同一のグループに属する複数の制御系に関し、定常状態において電力使用量の総和が相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔを超えないように、かつ外乱抑制特性が可能な限り損なわれないように、制御を行なうことができる。また、本実施の形態では、電力総和抑制制御をＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに分け、グループ毎に総電力を管理するので、三相間の電力バランスを改善することができる。
【００５０】
本実施の形態の電力総和抑制制御装置の動作例を図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示す。図４（ａ）はＲ相グループの動作を示し、図４（ｂ）はＳ相グループの動作を示し、図４（ｃ）はＴ相グループの動作を示している。縦軸は制御量ＰＶｉ、操作量出力上限値ＯＨｉであり、全て０−１００のスケールで示されている。制御量ＰＶｉの単位は℃、操作量出力上限値ＯＨｉの単位は％である。
【００５１】
本実施の形態の場合、最大電力消費状態３０００Ｗでは三相間の電力の格差は生じない。上記のとおり、制御ループＬ１，Ｌ２に設けられる電気ヒータＨ１，Ｈ２の最大消費電力は共に４００Ｗ、制御ループＬ３に設けられる電気ヒータＨ３の最大消費電力は３００Ｗであり、合計の最大消費電力は１０００Ｗである。同様に、制御ループＬ４，Ｌ５に設けられる電気ヒータＨ４，Ｈ５の最大消費電力は共に４００Ｗ、制御ループＬ６に設けられる電気ヒータＨ６の最大消費電力は３００Ｗであり、合計の最大消費電力は１０００Ｗである。また、制御ループＬ７，Ｌ８に設けられる電気ヒータＨ７，Ｈ８の最大消費電力は共に４００Ｗ、制御ループＬ９に設けられる電気ヒータＨ９の最大消費電力は３００Ｗであり、合計の最大消費電力は１０００Ｗである。
【００５２】
この９個のＰＩＤ制御ループにほぼ同時に印加される降温外乱から復帰（加熱昇温）する場合に、割当総電力ＰＷが最大電力の５０％である１５００Ｗであったとする。電力総和抑制制御を行なう際に、特許文献１に開示された従来技術と同様にグルーピングを考慮しない場合、制御ループＬ１の消費電力が例えば３５０Ｗ、制御ループＬ２の消費電力が例えば３００Ｗ、制御ループＬ３の消費電力が例えば２５０Ｗとなり、合計の消費電力は９００Ｗとなる。また、制御ループＬ４の消費電力が例えば１００Ｗ、制御ループＬ５の消費電力が例えば１００Ｗ、制御ループＬ６の消費電力が例えば１００Ｗとなり、合計の消費電力は３００Ｗとなる。また、制御ループＬ７の消費電力が例えば１００Ｗ、制御ループＬ８の消費電力が例えば１００Ｗ、制御ループＬ９の消費電力が例えば１００Ｗとなり、合計の消費電力は３００Ｗとなる。この場合、三相間の消費電力の最大差の比率は９００Ｗ／３００Ｗ＝３．０で、３倍の格差となり、三相間の電力バランスが不適切な状態に陥る。
【００５３】
一方、本実施の形態では、割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分することにより、相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ＝５００Ｗ、ＰＷ＿Ｓ＝５００Ｗ、ＰＷ＿Ｔ＝５００Ｗとなる。これにより、制御ループＬ１の消費電力が１９０Ｗ、制御ループＬ２の消費電力が１７０Ｗ、制御ループＬ３の消費電力が１４０Ｗとなり、合計の消費電力は５００Ｗとなる。また、制御ループＬ４の消費電力が１００Ｗ、制御ループＬ５の消費電力が１００Ｗ、制御ループＬ６の消費電力が１００Ｗとなり、合計の消費電力は３００Ｗとなる。また、制御ループＬ７の消費電力が１００Ｗ、制御ループＬ８の消費電力が１００Ｗ、制御ループＬ９の消費電力が１００Ｗとなり、合計の消費電力は３００Ｗとなる。本実施の形態の場合、三相間の消費電力の最大差の比率は５００Ｗ／３００Ｗ＝１．７であり、三相間の電力バランスが改善されることが分かる。
【００５４】
なお、以上の数値例では、本実施の形態の動作や効果を理解しやすくするために架空の数値を設定して説明したが、実際にはヒータの数や何らかの設計の事情によりグルーピングの制約が生じることもあり、三相間の電力バランスを改善できる程度はケースバイケースで異なる。しかし、どのようなケースにおいても、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のヒータが複数ずつあるのであれば、本実施の形態を適用しない場合に比べれば、本実施の形態を適用する場合の方が三相間の電力バランスを改善することができる。
【００５５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上記発明の原理１、発明の原理２に対応する例である。図５は本実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電力総和抑制制御装置は、グルーピング情報記憶部１と、割当総電力入力部２と、割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分した電力を算出すると共に、後述する最低電力Ｗｍｉｎに基づく電力を算出し、割当総電力ＰＷを３等分した電力と最低電力Ｗｍｉｎに基づく電力のうちいずれか小さい方を、相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔとする相別割当総電力算出部３ａと、Ｒ相電力抑制部４Ｒと、Ｓ相電力抑制部４Ｓと、Ｔ相電力抑制部４Ｔと、Ｒ相制御部５Ｒ−ｉと、Ｓ相制御部５Ｓ−ｉと、Ｔ相制御部５Ｔ−ｉと、Ｒ相グループの合計の消費電力値、Ｓ相グループの合計の消費電力値、Ｔ相グループの合計の消費電力値のうちの最低値である最低電力Ｗｍｉｎを検出する最低電力検出部６とから構成される。
【００５６】
以下、本実施の形態の電力総和抑制制御装置の動作を図６を参照して説明する。割当総電力入力部２の動作（図６のステップＳ１００）は第１の実施の形態で説明したとおりである。
最低電力検出部６は、Ｒ相グループの合計の消費電力値、Ｓ相グループの合計の消費電力値、Ｔ相グループの合計の消費電力値のうちの最低値である最低電力Ｗｍｉｎを検出する（図６ステップＳ１１７）。
【００５７】
相別割当総電力算出部３ａは、割当総電力ＰＷをＲ相、Ｓ相、Ｔ相別のグループに３等分した値ＰＷ／３を算出し（図６ステップＳ１１８）、さらに最低電力Ｗｍｉｎに予め規定された上限比率α（α＞１．０、例えば１．５）を乗じた電力αＷｍｉｎを最低電力Ｗｍｉｎに基づく電力として算出する（図６ステップＳ１１９）。そして、相別割当総電力算出部３ａは、割当総電力ＰＷを３等分した値ＰＷ／３と電力αＷｍｉｎとのうちいずれか小さい方を、相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔとして決定する（図６ステップＳ１２０）。
【００５８】
Ｒ相電力抑制部４Ｒ、Ｓ相電力抑制部４ＳおよびＴ相電力抑制部４Ｔの動作（図６ステップＳ１０２〜Ｓ１１０）と、Ｒ相制御部５Ｒ−ｉ、Ｓ相制御部５Ｓ−ｉおよびＴ相制御部５Ｔ−ｉの動作（ステップＳ１１１〜Ｓ１１５）は、第１の実施の形態で説明したとおりである。
【００５９】
本実施の形態によれば、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各相間の電力消費格差は、原則的には上限比率αの倍率を超えないように管理することができる。ただし、最低電力Ｗｍｉｎが極端に小さくなるとαＷｍｉｎで規定される相別割当総電力は過剰に小さな値になるので、相別割当総電力については適宜下限処理を加えるのが好ましい。すなわち、相別割当総電力算出部３ａは、ステップＳ１２０の処理で決定した相別割当総電力ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔが所定値Ｗｔｈより小さい場合、ＰＷ＿Ｒ，ＰＷ＿Ｓ，ＰＷ＿Ｔ＝Ｗｔｈとする下限処理を行なう。
【００６０】
なお、第１、第２の実施の形態では、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の制御ループの数を同一としているが、これに限るものではなく、各相で制御ループの数が異なっていてもよい。
第１、第２の実施の形態で説明した電力総和抑制制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１、第２の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置および制御方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…グルーピング情報記憶部、２…割当総電力入力部、３，３ａ…相別割当総電力算出部、４Ｒ…Ｒ相電力抑制部、４Ｓ…Ｓ相電力抑制部、４Ｔ…Ｔ相電力抑制部、５Ｒ−ｉ…Ｒ相制御部、５Ｓ−ｉ…Ｓ相制御部、５Ｔ−ｉ…Ｔ相制御部、６…最低電力検出部、４０Ｒ，４０Ｓ，４０Ｔ…相別割当総電力入力部、４１Ｒ，４１Ｓ，４１Ｔ…電力値取得部、４２Ｒ，４２Ｓ，４２Ｔ…最大出力時電力値取得部、４３Ｒ，４３Ｓ，４３Ｔ…電力余裕算出部、４４Ｒ，４４Ｓ，４４Ｔ…最大総電力算出部、４５Ｒ，４５Ｓ，４５Ｔ…電力余裕総量算出部、４６Ｒ，４６Ｓ，４６Ｔ…電力削減総量算出部、４７Ｒ，４７Ｓ，４７Ｔ…電力削減割当量算出部、４８Ｒ，４８Ｓ，４８Ｔ…出力上限値算出部、５０Ｒ−ｉ，５０Ｓ−ｉ，５０Ｔ−ｉ…設定値ＳＰｉ入力部、５１Ｒ−ｉ，５１Ｓ−ｉ，５１Ｔ−ｉ…制御量ＰＶｉ入力部、５２Ｒ−ｉ，５２Ｓ−ｉ，５２Ｔ−ｉ…ＰＩＤ制御演算部、５３Ｒ−ｉ，５３Ｓ−ｉ，５３Ｔ−ｉ…出力上限処理部、５４Ｒ−ｉ，５４Ｓ−ｉ，５４Ｔ−ｉ…操作量ＭＶｉ出力部。
【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】
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【図７】
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