(57)【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ｎ個（ｎは２以上の整数）の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）を、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電力消費のバランスが良くなるように複数のグループにグルーピングしたグルーピング情報を予め記憶するグループ登録手段と、
各制御ループＬｉの設定値ＳＰｉの同時変更を検出する同時変更検出手段と、
各制御ループＬｉの電力使用量の総和が指定された値を超えないように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出し、この操作量出力上限値ＯＨｉに基づいて各制御ループＬｉのアクチュエータに対する操作量ＭＶｉの上限処理を行う電力総和抑制制御手段と、
前記グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるように、前記電力総和抑制制御手段が算出した操作量出力上限値ＯＨｉの上昇を抑制する上限値操作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、
前記電力総和抑制制御手段は、
全ての制御ループＬｉ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、
各制御ループＬｉの消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得手段と、
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手段と、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉ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Ｌｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作手段と、
制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ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ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御手段とを備え、
前記上限値操作手段は、グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、遅れて上昇するグループに属する制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを前記設定値ＳＰｉの同時変更直前の当該制御ループＬｉの操作量ＭＶｉ近傍の値に固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するものであり、
前記時間ＴＸは、先行して上昇するグループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定され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１記載の電力総和抑制制御装置において、
前記電力総和抑制制御手段は、
全ての制御ループＬｉ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、
各制御ループＬｉの消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得手段と、
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手段と、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉ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Ｌｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作手段と、
制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを操作量出力下限値ＯＬｉ以上で前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上下限処理を実行して、上下限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御手段とを備え、
前記上限値操作手段は、グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、遅れて上昇するグループに属する制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを当該制御ループＬｉの前記操作量出力下限値ＯＬｉに固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するものであり、
前記時間ＴＸは、先行して上昇するグループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定され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２または３記載の電力総和抑制制御装置において、
前記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ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出手段と、
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手段と、
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手段と、
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と前記割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出手段と、
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を前記電力余裕ＣＴｒｉと前記電力余裕総量ＲＷと前記電力削減総量ＳＷとから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ＣＴｓｉと前記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５】
請求項１記載の電力総和抑制制御装置において、
前記電力総和抑制制御手段は、
全ての制御ループＬｉ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、
各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間を推定する制御量変化時間推定手段と、
各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出し、この使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する操作量出力上限値操作手段と、
制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ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ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御手段とを備え、
前記上限値操作手段は、グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、遅れて上昇するグループに属する制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを前記設定値ＳＰｉの同時変更直前の当該制御ループＬｉの操作量ＭＶｉ近傍の値に固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するものであり、
前記時間ＴＸは、先行して上昇するグループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定されることを特徴とする電力総和抑制制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の電力総和抑制制御装置において、
前記電力総和抑制制御手段は、
全ての制御ループＬｉ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、
各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間を推定する制御量変化時間推定手段と、
各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出し、この使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する操作量出力上限値操作手段と、
制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを操作量出力下限値ＯＬｉ以上で前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上下限処理を実行して、上下限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御手段とを備え、
前記上限値操作手段は、グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、遅れて上昇するグループに属する制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを当該制御ループＬｉの前記操作量出力下限値ＯＬｉに固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するものであり、
前記時間ＴＸは、先行して上昇するグループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定されることを特徴とする電力総和抑制制御装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の電力総和抑制制御装置において、
前記制御量変化時間推定手段は、
各制御ループＬｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとから各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを算出する制御量変更量算出手段と、
各制御ループＬｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉから制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出する制御量変化レート算出手段と、
各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉを前記変更量ΔＰＶｉと前記変化レートＴＨｉとから推定し、前記昇温時間ＴＬｉのうちの最大値である昇温時間ＴＬを前記制御量変化時間として選出する昇温時間算出手段とを備え、
前記操作量出力上限値操作手段は、
各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記昇温時間ＴＬの間に前記変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定手段と、
前記必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出手段と、
前記昇温時間ＴＬを逐次変更しながら前記必要出力推定手段と前記使用電力合計算出手段とに処理を実行させ、前記使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理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８】
三相交流のＲ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれかを使用するｎ個（ｎは２以上の整数）の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の設定値ＳＰｉの同時変更を検出する同時変更検出ステップと、
各制御ループＬｉの電力使用量の総和が指定された値を超えないように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出し、この操作量出力上限値ＯＨｉに基づいて各制御ループＬｉのアクチュエータに対する操作量ＭＶｉの上限処理を行う電力総和抑制制御ステップと、
各制御ループＬｉをＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電力消費のバランスが良くなるように複数のグループにグルーピングしたグルーピング情報を予め記憶するグループ登録手段を参照し、前記グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるように、前記電力総和抑制制御ステップで算出した操作量出力上限値ＯＨｉの上昇を抑制する上限値操作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９】
請求項８記載の電力総和抑制制御方法において、
前記電力総和抑制制御ステップは、
全ての制御ループＬｉ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、
各制御ループＬｉの消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得ステップと、
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ステップと、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉ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Ｌｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作ステップと、
設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ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ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御ステップとを含み、
前記上限値操作ステップは、グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、遅れて上昇するグループに属する制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを前記設定値ＳＰｉの同時変更直前の当該制御ループＬｉの操作量ＭＶｉ近傍の値に固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するステップを含み、
前記時間ＴＸは、先行して上昇するグループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定されることを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【請求項１０】
請求項８記載の電力総和抑制制御方法において、
前記電力総和抑制制御ステップは、
全ての制御ループＬｉ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、
各制御ループＬｉの消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得ステップと、
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ステップと、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉ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Ｌｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作ステップと、
設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを操作量出力下限値ＯＬｉ以上で前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上下限処理を実行して、上下限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御ステップとを含み、
前記上限値操作ステップは、グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、遅れて上昇するグループに属する制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを当該制御ループＬｉの前記操作量出力下限値ＯＬｉに固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するステップを含み、
前記時間ＴＸは、先行して上昇するグループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定されることを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【請求項１１】
請求項９または１０記載の電力総和抑制制御方法において、
前記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ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出ステップと、
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ステップと、
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ステップと、
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と前記割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出ステップと、
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を前記電力余裕ＣＴｒｉと前記電力余裕総量ＲＷと前記電力削減総量ＳＷとから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ＣＴｓｉと前記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１２】
請求項８記載の電力総和抑制制御方法において、
前記電力総和抑制制御ステップは、
全ての制御ループＬｉ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、
各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間を推定する制御量変化時間推定ステップと、
各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出し、この使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する操作量出力上限値操作ステップと、
設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ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ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御ステップとを含み、
前記上限値操作ステップは、グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、遅れて上昇するグループに属する制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを前記設定値ＳＰｉの同時変更直前の当該制御ループＬｉの操作量ＭＶｉ近傍の値に固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するステップを含み、
前記時間ＴＸは、先行して上昇するグループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定されることを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【請求項１３】
請求項８記載の電力総和抑制制御方法において、
前記電力総和抑制制御ステップは、
全ての制御ループＬｉ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、
各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間を推定する制御量変化時間推定ステップと、
各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出し、この使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する操作量出力上限値操作ステップと、
設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを操作量出力下限値ＯＬｉ以上で前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上下限処理を実行して、上下限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御ステップとを含み、
前記上限値操作ステップは、グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、遅れて上昇するグループに属する制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを当該制御ループＬｉの前記操作量出力下限値ＯＬｉに固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するステップを含み、
前記時間ＴＸは、先行して上昇するグループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定されることを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の電力総和抑制制御方法において、
前記制御量変化時間推定ステップは、
各制御ループＬｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとから各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを算出する制御量変更量算出ステップと、
各制御ループＬｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉから制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出する制御量変化レート算出ステップと、
各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉを前記変更量ΔＰＶｉと前記変化レートＴＨｉとから推定し、前記昇温時間ＴＬｉのうちの最大値である昇温時間ＴＬを前記制御量変化時間として選出する昇温時間算出ステップとを備え、
前記操作量出力上限値操作ステップは、
各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記昇温時間ＴＬの間に前記変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定ステップと、
前記必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出ステップと、
前記昇温時間ＴＬを逐次変更しながら前記必要出力推定ステップと前記使用電力合計算出ステップとに処理を実行させ、前記使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理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。
【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、特に電力使用量の総和が指定された値を超え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いつつ、制御量を設定値変更に追従させる場合に、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、特許文献２参照）などが提案されている。図９は特許文献１、特許文献２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９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】
特許文献１の場合で従来の技術を説明すると、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、設定値ＳＰ変更による昇温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、特許文献２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３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２０１２−０４８５３３号公報
【特許文献３】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指定された値を超え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いつつ、制御量を設定値変更に追従させる場合に、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指定された値を超え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いつつ、制御量を設定値変更に追従させる場合に、三相間の電力バランスを改善することができ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ｎ個（ｎは２以上の整数）の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）を、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電力消費のバランスが良くなるように複数のグループにグルーピングしたグルーピング情報を予め記憶するグループ登録手段と、各制御ループＬｉの設定値ＳＰｉの同時変更を検出する同時変更検出手段と、各制御ループＬｉの電力使用量の総和が指定された値を超えないように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出し、この操作量出力上限値ＯＨｉに基づいて各制御ループＬｉのアクチュエータに対する操作量ＭＶｉの上限処理を行う電力総和抑制制御手段と、前記グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるように、前記電力総和抑制制御手段が算出した操作量出力上限値ＯＨｉの上昇を抑制する上限値操作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、前記電力総和抑制制御手段は、全ての制御ループＬｉ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、各制御ループＬｉの消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得手段と、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手段と、前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉ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Ｌｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作手段と、制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ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ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御手段とを備え、前記上限値操作手段は、グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、遅れて上昇するグループに属する制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを前記設定値ＳＰｉの同時変更直前の当該制御ループＬｉの操作量ＭＶｉ近傍の値に固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するものであり、前記時間ＴＸは、先行して上昇するグループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定され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、前記電力総和抑制制御手段は、全ての制御ループＬｉ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、各制御ループＬｉの消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得手段と、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手段と、前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉ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Ｌｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作手段と、制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを操作量出力下限値ＯＬｉ以上で前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上下限処理を実行して、上下限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御手段とを備え、前記上限値操作手段は、グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、遅れて上昇するグループに属する制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを当該制御ループＬｉの前記操作量出力下限値ＯＬｉに固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するものであり、前記時間ＴＸは、先行して上昇するグループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定され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構成例において、前記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ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出手段と、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手段と、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手段と、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と前記割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出手段と、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を前記電力余裕ＣＴｒｉと前記電力余裕総量ＲＷと前記電力削減総量ＳＷとから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ＣＴｓｉと前記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手段とを備え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装置の１構成例において、前記電力総和抑制制御手段は、全ての制御ループＬｉ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、各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間を推定する制御量変化時間推定手段と、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出し、この使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する操作量出力上限値操作手段と、制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ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ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御手段とを備え、前記上限値操作手段は、グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、遅れて上昇するグループに属する制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを前記設定値ＳＰｉの同時変更直前の当該制御ループＬｉの操作量ＭＶｉ近傍の値に固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するものであり、前記時間ＴＸは、先行して上昇するグループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定されることを特徴とするものである。
【００１６】
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、前記電力総和抑制制御手段は、全ての制御ループＬｉ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、各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間を推定する制御量変化時間推定手段と、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出し、この使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する操作量出力上限値操作手段と、制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを操作量出力下限値ＯＬｉ以上で前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上下限処理を実行して、上下限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御手段とを備え、前記上限値操作手段は、グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、遅れて上昇するグループに属する制御ループＬｉの操作量上限値ＯＨｉを当該制御ループＬｉの前記操作量出力下限値ＯＬｉに固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するものであり、前記時間ＴＸは、先行して上昇するグループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定されることを特徴とするものである。
【００１７】
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、前記制御量変化時間推定手段は、各制御ループＬｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとから各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを算出する制御量変更量算出手段と、各制御ループＬｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉから制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出する制御量変化レート算出手段と、各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉを前記変更量ΔＰＶｉと前記変化レートＴＨｉとから推定し、前記昇温時間ＴＬｉのうちの最大値である昇温時間ＴＬを前記制御量変化時間として選出する昇温時間算出手段とを備え、前記操作量出力上限値操作手段は、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記昇温時間ＴＬの間に前記変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定手段と、前記必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出手段と、前記昇温時間ＴＬを逐次変更しながら前記必要出力推定手段と前記使用電力合計算出手段とに処理を実行させ、前記使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
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ｎ個（ｎは２以上の整数）の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の設定値ＳＰｉの同時変更を検出する同時変更検出ステップと、各制御ループＬｉの電力使用量の総和が指定された値を超えないように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出し、この操作量出力上限値ＯＨｉに基づいて各制御ループＬｉのアクチュエータに対する操作量ＭＶｉの上限処理を行う電力総和抑制制御ステップと、各制御ループＬｉをＲ相、Ｓ相、Ｔ相の電力消費のバランスが良くなるように複数のグループにグルーピングしたグルーピング情報を予め記憶するグループ登録手段を参照し、前記グループ毎に異なるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるように、前記電力総和抑制制御ステップで算出した操作量出力上限値ＯＨｉの上昇を抑制する上限値操作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】
【００１９】
本発明によれば、各制御ループＬｉの電力使用量の総和が指定された値を超えないように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを操作する電力総和抑制制御を行ないつつ、制御量ＰＶｉを設定値変更に追従させる場合に、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の複数の制御ループを、電力消費のバランスが良くなるように予めグルーピングしておき、グループ毎に異なるタイミングで操作量出力上限値ＯＨｉを上昇させることにより、三相間の電力バランスを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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３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７】本発明の第３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８】本発明の第４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９】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】
【００２１】
［発明の原理］
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昇温時の大電力が、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。
【００２２】
そこで、発明者は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の複数の制御系統を、電力消費のバランスが良くなるように複数のグループにグルーピングしておくことに想到した。具体的には、Ｒ相の最大消費電力の総和とＳ相の最大消費電力の総和とＴ相の最大消費電力の総和とが互いに近くなる制御ループが同一のグループに属するようにグルーピングしておく。そして、グループ毎に操作量出力上限値ＯＨの最大化上昇のタイミングをずらすことにより、同時に電力抑制を受ける制御ループ数を削減できる。したがって、偶然発生し得る各相間の電力消費格差が、大きくなり難い状態を維持できるわけであり、これにより相間バランスを改善できることに想到した。
【００２３】
［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。ここでは、特許文献１、特許文献２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が、本実施の形態では、特に特許文献１に開示された電力総和抑制制御を利用する場合について説明する。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２個ずつとし、それぞれが別々の６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。さらに、６個のＰＩＤ制御ループは同時に設定値ＳＰ変更が行なわれて、同時に昇温を開始しようとすることを前提とする。
【００２４】
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に設けられる電気ヒータＨ１の最大消費電力を４００Ｗ、制御ループＬ２に設けられる電気ヒータＨ２の最大消費電力を３００Ｗとする。Ｓ相を使用する電気ヒータのうち、制御ループＬ３に設けられる電気ヒータＨ３の最大消費電力を４００Ｗ、制御ループＬ４に設けられる電気ヒータＨ４の最大消費電力を３００Ｗとする。Ｔ相を使用する電気ヒータのうち、制御ループＬ５に設けられる電気ヒータＨ５の最大消費電力を４００Ｗ、制御ループＬ６に設けられる電気ヒータＨ６の最大消費電力を３００Ｗとする。
【００２５】
本実施の形態の電力総和抑制制御装置は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のいずれかを使用するｎ個（ｎは２以上の整数で、本実施の形態ではｎ＝６）の制御ループＬｉを、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電力消費のバランスが良くなるように複数のグループにグルーピングした結果を示すグルーピング情報を予め記憶するグループ登録部１と、各制御ループＬｉの設定値ＳＰｉの同時変更を検出する同時変更検出部２と、グループ毎に異なるタイミングで設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるように、後述する電力抑制部４が算出する操作量出力上限値ＯＨｉの上昇を抑制する上限値操作部３と、各制御ループＬｉの電力使用量の総和が指定された値を超えないように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する電力抑制部４と、制御ループＬｉ毎に設けられた制御部５−ｉとから構成される。電力抑制部４と制御部５−ｉとは、電力総和抑制制御手段を構成している。
【００２６】
電力抑制部４は、全ての制御ループＬｉ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部４０と、各制御ループＬｉの消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得部４１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４２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４３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４４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４５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４６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４７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４８とから構成される。
【００２７】
電力余裕算出部４３と最大総電力算出部４４と電力余裕総量算出部４５と電力削減総量算出部４６と電力削減割当量算出部４７と出力上限値算出部４８とは、操作量出力上限値操作手段を構成している。
制御部５−ｉは、設定値ＳＰｉ入力部５０−ｉと、制御量ＰＶｉ入力部５１−ｉと、ＰＩＤ制御演算部５２−ｉと、出力上限処理部５３−ｉと、操作量ＭＶｉ出力部５４−ｉとから構成される。
【００２８】
図２は本実施の形態の制御系のブロック線図である。各制御ループＬｉは、それぞれ制御部５−ｉと、制御対象Ｐｉとから構成される。後述のように、制御部５−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Ｐｉに出力する。図９の例では、制御対象Ｐｉ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。
【００２９】
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、図４を参照して説明する。図３は電力総和抑制制御装置の動作を示すフローチャート、図４（Ａ）〜図４（Ｌ）は電力総和抑制制御装置の動作例を示す図である。図４（Ａ）はグループＡの制御ループＬ１の制御量ＰＶ１、設定値ＳＰ１を示し、図４（Ｂ）は制御ループＬ１の操作量ＭＶ１、操作量出力上限値ＯＨ１を示している。図４（Ｃ）はグループＢの制御ループＬ２の制御量ＰＶ２、設定値ＳＰ２を示し、図４（Ｄ）は制御ループＬ２の操作量ＭＶ２、操作量出力上限値ＯＨ２を示している。図４（Ｅ）はグループＡの制御ループＬ３の制御量ＰＶ３、設定値ＳＰ３を示し、図４（Ｆ）は制御ループＬ３の操作量ＭＶ３、操作量出力上限値ＯＨ３を示している。図４（Ｇ）はグループＢの制御ループＬ４の制御量ＰＶ４、設定値ＳＰ４を示し、図４（Ｈ）は制御ループＬ４の操作量ＭＶ４、操作量出力上限値ＯＨ４を示している。図４（Ｉ）はグループＡの制御ループＬ５の制御量ＰＶ５、設定値ＳＰ５を示し、図４（Ｊ）は制御ループＬ５の操作量ＭＶ５、操作量出力上限値ＯＨ５を示している。図４（Ｋ）はグループＢの制御ループＬ６の制御量ＰＶ６、設定値ＳＰ６を示し、図４（Ｌ）は制御ループＬ６の操作量ＭＶ６、操作量出力上限値ＯＨ６を示している。
【００３０】
グループ登録部１は、各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）を、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の電力消費のバランスが良くなるように複数のグループにグルーピングした結果を示すグルーピング情報を予め記憶している。具体的には、上記のとおり、Ｒ相の最大消費電力の総和とＳ相の最大消費電力の総和とＴ相の最大消費電力の総和とが互いに近くなる制御ループが同一のグループに属するようにグルーピングしておく。
【００３１】
したがって、本実施の形態の場合、Ｒ相の制御ループＬ１（電気ヒータＨ１の最大消費電力が４００Ｗ）とＳ相の制御ループＬ３（電気ヒータＨ３の最大消費電力が４００Ｗ）とＴ相の制御ループＬ５（電気ヒータＨ５の最大消費電力が４００Ｗ）とがグループＡとしてグルーピングされ、Ｒ相の制御ループＬ２（電気ヒータＨ２の最大消費電力が３００Ｗ）とＳ相の制御ループＬ４（電気ヒータＨ４の最大消費電力が３００Ｗ）とＴ相の制御ループＬ６（電気ヒータＨ６の最大消費電力が３００Ｗ）とがグループＢとしてグルーピングされることになる。
【００３２】
各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の設定値ＳＰｉは、加熱装置のオペレータ等によって設定され、同時変更検出部２と各制御部５−ｉの設定値ＳＰｉ入力部５０−ｉとに入力される。
同時変更検出部２は、各制御ループＬｉの設定値ＳＰｉの同時変更が行なわれたときに（図３ステップＳ１００においてＹＥＳ）、この同時変更を検出して上限値操作部３に通知する（図３ステップＳ１０１）。
【００３３】
上限値操作部３は、同時変更検出部２から各制御ループＬｉの設定値ＳＰｉの同時変更が行なわれたことを通知されると、グループ登録部１に登録されているグループＡの制御ループＬｉ（ｉ＝１，３，５）については特に制約は与えず、グループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）については操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）を、それぞれ設定値ＳＰｉ（ｉ＝１〜６）の同時変更直前に出力上限処理部５３−ｉから出力されていた当該制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の操作量ＭＶｉ（ｉ＝２，４，６）の近傍の値に固定するように、出力上限処理部５３−ｉに対して指示を出す（図３ステップＳ１０２）。具体的には、操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）を、それぞれ設定値ＳＰｉの同時変更直前の対応する操作量ＭＶｉ（ｉ＝２，４，６）の値に固定するように指示を出せばよい。
【００３４】
ステップＳ１０２の処理により、グループＡの制御ループＬｉ（ｉ＝１，３，５）のみが一旦昇温対象になる。このグループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）を小さい値に固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持する。時間ＴＸの規定については、後述する。以下では、ステップＳ１０２の処理を実施した時点（設定値ＳＰｉの同時変更を検出した時点）からの経過時間が時間ＴＸに達していない場合の動作を先に説明する。
【００３５】
割当総電力入力部４０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９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Ｓ１０６）。
【００３６】
電力値取得部４１は、各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）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）を取得する（図３ステップＳ１０７）。電力値取得部４１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、ヒータＨｉに流れる電流値と制御量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、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。
【００３７】
次に、最大出力時電力値取得部４２は、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する（図３ステップＳ１０８）。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４２は、予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。最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを推定するには、消費電力値ＣＴｉと制御部５−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）
【００３８】
電力余裕算出部４３は、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Ｓ１０９）。
ＣＴｒｉ＝ＣＴｍｉ−ＣＴｉ                                      ・・・（２）
最大総電力算出部４４は、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Ｓ１１０）。
ＢＸ＝ΣＣＴｍｉ＝ＣＴｍ１＋ＣＴｍ２＋・・・＋ＣＴｍｎ          ・・・（３）
【００３９】
電力余裕総量算出部４５は、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Ｓ１１１）。
ＲＷ＝ΣＣＴｒｉ＝ＣＴｒ１＋ＣＴｒ２＋・・・＋ＣＴｒｎ          ・・・（４）
電力削減総量算出部４６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ＢＸと割当総電力ＰＷとから次式により算出する（図３ステップＳ１１２）。
ＳＷ＝ＢＸ−ＰＷ                                                ・・・（５）
【００４０】
電力削減割当量算出部４７は、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Ｓ１１３）。
ＣＴｓｉ＝ＳＷ（ＣＴｒｉ／ＲＷ）                                ・・・（６）
【００４１】
出力上限値算出部４８は、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を次式により制御ループＬｉ毎に算出する（図３ステップＳ１１４）。
ＯＨｉ＝｛１．０−（ＣＴｓｉ／ＣＴｍｉ）｝１００．０［％］      ・・・（７）
なお、ＢＸ＜ＰＷ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、制御部５−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。設定値ＳＰｉは、設定値ＳＰｉ入力部５０−ｉを介してＰＩＤ制御演算部５２−ｉに入力される（図３ステップＳ１１５）。
制御量ＰＶｉ（温度）は、温度センサＳｉによって測定され、制御量ＰＶｉ入力部５１−ｉを介してＰＩＤ制御演算部５２−ｉに入力される（図３ステップＳ１１６）。
【００４３】
ＰＩＤ制御演算部５２−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制御演算を行って操作量ＭＶｉを算出する（図３ステップＳ１１７）。
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５３−ｉは、ＰＩＤ制御演算部５２−ｉが算出した操作量ＭＶｉに対して、以下の式のような上限処理を行う（図３ステップＳ１１８）。
ＩＦ  ＭＶｉ＞ＯＨｉ  ＴＨＥＮ  ＭＶｉ＝ＯＨｉ                  ・・・（９）
すなわち、出力上限処理部５３−ｉは、操作量ＭＶｉが操作量出力上限値ＯＨｉより大きい場合、操作量ＭＶｉ＝ＯＨｉとする上限処理を行う。
【００４５】
出力上限処理部５３−ｉは、出力上限値算出部４８によって算出され設定された操作量出力上限値ＯＨｉを用いるが、ステップＳ１０２の処理により上限値操作部３から値を固定するように指示された操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）については、この固定指示が解除されるまで、出力上限値算出部４８によって設定された値ではなく、上限値操作部３から指示された値を操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）とする。上記のとおり、このときの操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）は、設定値ＳＰｉ（ｉ＝１〜６）の同時変更直前に出力上限処理部５３−ｉから出力されていた操作量ＭＶｉ（ｉ＝２，４，６）の近傍の値である。
【００４６】
操作量ＭＶｉ出力部５４−ｉは、出力上限処理部５３−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Ｓ１１９）。制御部５−ｉは制御ループＬｉ毎に設けられているので、ステップＳ１１５〜Ｓ１１９の処理は制御ループＬｉ毎に実施されることになる。
【００４７】
グループＡの制御ループＬｉ（ｉ＝１，３，５）のみを昇温対象としてステップＳ１０７〜Ｓ１１９の処理を繰り返し継続することにより、図４（Ｂ）、図４（Ｆ）、図４（Ｊ）に示すように昇温対象の制御ループＬｉ（ｉ＝１，３，５）の操作量ＭＶｉ（ｉ＝１，３，５）が上昇し、電力総和が割当総電力ＰＷに到達するまでは、出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝１，３，５）も上昇する。
【００４８】
また、図４（Ｄ）、図４（Ｈ）、図４（Ｌ）に示すように昇温対象から一旦外れているグループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）は、設定値ＳＰの同時変更が行なわれる直前の操作量ＭＶｉ（ｉ＝２，４，６）の近傍の小さい値に固定される。この状態で安定すれば、偶然発生し得る各相間の電力消費格差（アンバランス）は、グループＡの制御ループＬｉ（ｉ＝１，３，５）の中だけに留まる。すなわち、電力消費格差の発生範囲が限定されると共に、電力配分はグループＡに集中するので、昇温において電力を抑制される制御ループも発生し難くなり、グループＡ内での電力消費格差も大きくなり難くなる。
【００４９】
また、グループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）は、ステップＳ１０２の処理の結果として一様に小さい値に固定される。したがって、この時点でグループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）昇温が始まったとしても、グループＢ内での電力消費格差も大きくなり難くなっている。
【００５０】
次に、上限値操作部３は、ステップＳ１０２の処理を実施した時点（設定値ＳＰｉの同時変更を検出した時点）からの経過時間が時間ＴＸに達したときに（図３ステップＳ１０３，Ｓ１０４においてＹＥＳ）、グループ登録部１に登録されているグループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）を固定する状態を解除するように、出力上限処理部５３−ｉに対して指示を出す（図３ステップＳ１０５）。この解除により、以後は、グループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）は、出力上限値算出部４８によって算出され設定される値となる。
【００５１】
なお、時間ＴＸは、ステップＳ１０２の処理を実施した時点（設定値ＳＰｉの同時変更を検出した時点）から、先行して上昇するグループＡの制御ループＬｉ（ｉ＝１，３，５）の操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝１，３，５）の上昇が最大値１００％で安定するまでの時間よりも長い時間に予め設定しておけばよい。これにより、時間ＴＸは、昇温予定時間のような条件依存度の大きい時間とは無関係になり、設定が容易になる。
【００５２】
ステップＳ１０７〜Ｓ１１９の処理を繰り返し継続することにより、グループＡの制御ループＬｉ（ｉ＝１，３，５）の昇温が完了するまでは、電力配分はグループＡに集中するが、図４（Ａ）、図４（Ｅ）、図４（Ｉ）に示すように制御量ＰＶ１，ＰＶ３，ＰＶ５が設定値ＳＰ１，ＳＰ３，ＳＰ５に接近して昇温の完了が近づくに伴い、図４（Ｂ）、図４（Ｆ）、図４（Ｊ）に示すように操作量ＭＶｉ（ｉ＝１，３，５）が徐々に下降し、操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝１，３，５）も下降する。すなわち、電力配分はグループＡに集中した状態が緩和され、実質的にグループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の昇温に移行し、図４（Ｄ）、図４（Ｈ）、図４（Ｌ）に示すように制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の操作量ＭＶｉ（ｉ＝２，４，６）が上昇する。
【００５３】
この場合、偶然発生し得る各相間の電力消費格差（アンバランス）は、グループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の中だけに留まる。すなわち、電力消費格差の発生範囲が限定されると共に、電力配分はグループＢに集中するので、昇温において電力を抑制される制御ループも発生し難くなり、グループＢ内での電力消費格差も大きくなり難くなる。
【００５４】
電力総和抑制制御装置は、以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１１９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（図３ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、一定時間毎に行なう。
【００５５】
本実施の形態のように、電力使用量の総和が割当総電力ＰＷを超えないように操作量出力上限値ＯＨｉを操作する電力総和抑制制御を行ないつつ、制御量ＰＶｉを設定値変更に追従させる場合に、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の複数の制御ループを、電力消費のバランスが良くなるように予めグルーピングしておき、グループ毎に異なるタイミングで操作量出力上限値ＯＨｉを上昇させることにより、三相間の電力バランスを改善することができる。
【００５６】
例えば、本実施の形態の場合、最大電力消費状態２１００Ｗでは下記のように格差は生じない。上記のとおり、Ｒ相の制御ループＬ１に設けられる電気ヒータＨ１の最大消費電力は４００Ｗ、制御ループＬ２に設けられる電気ヒータＨ２の最大消費電力は３００Ｗであり、合計の最大消費電力は７００Ｗである。同様に、Ｓ相の制御ループＬ３に設けられる電気ヒータＨ３の最大消費電力は４００Ｗ、制御ループＬ４に設けられる電気ヒータＨ４の最大消費電力は３００Ｗであり、合計の最大消費電力は７００Ｗである。また、Ｔ相の制御ループＬ５に設けられる電気ヒータＨ５の最大消費電力は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７００Ｗである。
【００５７】
この６個のＰＩＤ制御ループを初期状態０Ｗから昇温する場合に、割当総電力ＰＷが最大電力の５５％である１１５５Ｗ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、Ｒ相の制御ループＬ１の消費電力が例えば１１０Ｗ、制御ループＬ２の消費電力が例えば８２Ｗとなり、合計の消費電力は１９２Ｗとなる。また、Ｓ相の制御ループＬ３の消費電力が例えば２２０Ｗ、制御ループＬ４の消費電力が例えば１６５Ｗとなり、合計の消費電力は３８５Ｗとなる。また、Ｔ相の制御ループＬ５の消費電力が例えば３３０Ｗ、制御ループＬ６の消費電力が例えば２４８Ｗとなり、合計の消費電力は５７８Ｗとなる。この場合、三相間の消費電力の最大差の比率は５７８Ｗ／１９２Ｗ＝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。
【００５８】
一方、本実施の形態では、グループＡの操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝１，３，５）を先行して上昇させることにより、Ｒ相の制御ループＬ１の消費電力が３５５Ｗ、制御ループＬ２の消費電力が０Ｗとなり、合計の消費電力は３５５Ｗとなる。また、Ｓ相の制御ループＬ３の消費電力が４００Ｗ、制御ループＬ４の消費電力が０Ｗとなり、合計の消費電力は４００Ｗとなる。また、Ｔ相の制御ループＬ５の消費電力が４００Ｗ、制御ループＬ６の消費電力が０Ｗとなり、合計の消費電力は４００Ｗとなる。この場合、三相間の消費電力の最大差の比率は４００Ｗ／３５５Ｗ＝１．１３であり、グループ内における理論上の最大格差の電力消費状態を超えることはない。
【００５９】
そして、本実施の形態では、グループＡの制御ループＬｉ（ｉ＝１，３，５）の昇温が完了し、実質的にグループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の昇温に移行すると、Ｒ相の制御ループＬ１の消費電力が５０Ｗ、制御ループＬ２の消費電力が３００Ｗとなり、合計の消費電力は３５０Ｗとなる。また、Ｓ相の制御ループＬ３の消費電力が５０Ｗ、制御ループＬ４の消費電力が３００Ｗとなり、合計の消費電力は３５０Ｗとなる。また、Ｔ相の制御ループＬ５の消費電力が５０Ｗ、制御ループＬ６の消費電力が３００Ｗとなり、合計の消費電力は３５０Ｗとなる。この場合、三相間の消費電力の最大差の比率は３５０Ｗ／３５０Ｗ＝１．０に落ち着くことになり、特許文献１に開示された従来技術と比較して三相間の電力バランスが改善されることが分かる。
【００６０】
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。
【００６１】
また、本実施の形態の電力総和抑制制御装置における処理の順序は図３に示したとおりでなくてもよいことは言うまでもない。また、図３の例では、割当総電力ＰＷの情報を毎回受信するようになっているが、上位ＰＣ１０３は必要に応じて情報を送信し、これにより割当総電力ＰＷの値が随時更新されるようになっていてもよい。
【００６２】
［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。図５は本発明の第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、第１の実施の形態の電力総和抑制制御装置において、上限値操作部３の代わりに上限値操作部３ａを設け、制御部５−ｉの代わりに、制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）毎に設けられた制御部５ａ−ｉを設けたものである。制御部５ａ−ｉは、第１の実施の形態の制御部５−ｉにおいて、出力上限処理部５３−ｉの代わりに、出力上下限処理部５５−ｉを設けたものである。
【００６３】
本実施の形態においても電力総和抑制制御装置の処理の流れは第１の実施の形態と同様であるので、図３の符号を用いて本実施の形態の動作を説明する。
上限値操作部３ａは、同時変更検出部２から各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の設定値ＳＰｉの同時変更が行なわれたことを通知されると（図３ステップＳ１０１）、グループ登録部１に登録されているグループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）を、それぞれ対応するグループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の操作量出力下限値ＯＬｉ（ｉ＝２，４，６）に固定するように、出力上限処理部５３−ｉに対して指示を出す（図３ステップＳ１０２）。
【００６４】
各制御部５ａ−ｉの出力上下限処理部５５−ｉは、ＰＩＤ制御演算部５２−ｉが算出した操作量ＭＶｉに対して、出力上限処理部５３−ｉと同様に式（９）のような上限処理を行うと同時に、以下の式のような操作量ＭＶｉの下限処理を行う（図３ステップＳ１１８）。
ＩＦ  ＭＶｉ＜ＯＬｉ  ＴＨＥＮ  ＭＶｉ＝ＯＬｉ                ・・・（１０）
すなわち、出力上下限処理部５５−ｉは、操作量ＭＶｉが予め設定された操作量出力下限値ＯＬｉより小さい場合、操作量ＭＶｉ＝ＯＬｉとする下限処理を行う。
【００６５】
出力上下限処理部５５−ｉは、操作量ＭＶｉの上限処理のための操作量出力上限値ＯＨｉとして、出力上限値算出部４８によって算出され設定された操作量出力上限値ＯＨｉを用いるが、ステップＳ１０２の処理により上限値操作部３ａから値を固定するように指示された操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）については、この固定指示が解除されるまで、出力上限値算出部４８によって設定された値ではなく、上限値操作部３ａから指示された値、すなわち操作量出力下限値ＯＬｉ（ｉ＝２，４，６）を操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）とする。その他の処理は第１の実施の形態で説明したとおりである。
【００６６】
第１の実施の形態では、グループＢの制御ループＬｉ（ｉ＝２，４，６）の操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝２，４，６）を、設定値ＳＰｉ（ｉ＝１〜６）の同時変更直前の操作量ＭＶｉ（ｉ＝２，４，６）の近傍の値に固定するようにしていた。この第１の実施の形態のような方法の場合、一時的な外乱や制御量ＰＶｉの計測ノイズの都合で、操作量ＭＶｉが過渡的に高くなっているケースもあるので、電力配分設計に近づけるための誤差要因も発生し得ることになる。
【００６７】
このような誤差要因が発生する懸念がある場合は、本実施の形態のように、無条件に最小値（操作量出力下限値ＯＬｉ）に固定するようにするのが好ましい。すなわち、先行して昇温するグループＡの制御ループＬｉ（ｉ＝１，３，５）に電力を集中させることになるので、グループ化による相間の電力配分設計に近づく確率を高くすることができる。操作量出力上限値ＯＨｉが最小値（操作量出力下限値ＯＬｉ）に固定される制御ループは、一時的に制御量ＰＶｉ（温度）が下降することも考えられるが、もともと昇温を保留されている制御ループであり、設定値ＳＰｉへの追従が一時的に損なわれることが想定されているのであるから、大きな問題にはならない。
【００６８】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図６は本発明の第３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。本実施の形態は、特許文献２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ものである。制御ループについては、第１の実施の形態と同じ６個のＰＩＤ制御ループを用いるものとする。
【００６９】
本実施の形態の電力総和抑制制御装置は、グループ登録部１と、同時変更検出部２と、上限値操作部３と、電力抑制部４ａと、制御部５−ｉとから構成される。電力抑制部４ａと制御部５−ｉとは、電力総和抑制制御手段を構成している。
【００７０】
電力抑制部４ａは、割当総電力入力部４０と、各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の操作量ＭＶｉを現在値から最大値１００．０％にした場合の各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉのうちの最大値ＴＬを推定する昇温時間推定部６１と、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを昇温時間ＴＬの間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定部６５と、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉから各ヒータＨｉの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出部６６と、使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超えない必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理部６７とから構成される。
【００７１】
なお、本実施の形態では、操作量ＭＶｉを現在値から最大値１００．０％にした場合の昇温時間ＴＬｉを推定しているが、このような推定は小型の調節計に特に好ましいものである。原理的には、特定の出力値は最大値１００．０％に限られるものではなく、適度に大きな値であれば十分に実用できる。
【００７２】
昇温時間推定部６１は、制御量ＰＶｉ変更量算出部６２と、制御量ＰＶｉ変化レート算出部６３と、昇温時間算出部６４とから構成される。この昇温時間推定部６１は、制御量変化時間推定手段を構成している。
探索処理部６７は、昇温時間設定部６８と、割当総電力判定部６９とから構成される。必要出力推定部６５と使用電力合計算出部６６と探索処理部６７とは、操作量出力上限値操作手段を構成している。
【００７３】
以下、本実施の形態の電力総和抑制制御装置の動作を図７を参照して説明する。図７のステップＳ２００，Ｓ２０１，Ｓ２０２，Ｓ２０３，Ｓ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２０６は、それぞれ図３のステップＳ１００，Ｓ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０５，Ｓ１０６と同じであるので、説明は省略する。
【００７４】
探索処理部６７の昇温時間設定部６８は、各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の設定値ＳＰｉのうち少なくとも１つが変更されたとき（図７ステップＳ２０７においてＹＥＳ）、操作量ＭＶｉを現在値から最大値１００．０％にした場合の各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉのうちの最大値ＴＬを求める処理を、以下のように行なわせる。
【００７５】
まず、昇温時間推定部６１の制御量ＰＶｉ変更量算出部６２は、各制御ループＬｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとを取得して、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを次式により制御ループＬｉ毎に算出する（図７ステップＳ２０８）。
ΔＰＶｉ＝ＳＰｉ−ＰＶｉ                                      ・・・（１１）
【００７６】
制御量ＰＶｉ（温度）は、温度センサＳｉによって測定され、制御部５−ｉに入力される。なお、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉとに応じた制御はステップＳ２０８よりも後ろのステップで行われるので、制御部５−ｉに入力される制御量ＰＶｉをステップＳ２０８の時点で取得すれば、この制御量ＰＶｉは設定値変更前の制御量となる。
【００７７】
続いて、昇温時間推定部６１の制御量ＰＶｉ変化レート算出部６３は、各制御ループＬｉの制御部５−ｉから設定値変更前の操作量ＭＶｉを取得し、設定値ＳＰｉの変更に伴う制御量ＰＶｉの変化のレート（速度）ＴＨｉを次式により制御ループＬｉ毎に算出する（図７ステップＳ２０９）。
ＴＨｉ＝ＴＨｏｉ｛１００．０／（１００．０−ＭＶｉ）｝        ・・・（１２）
【００７８】
設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉとに応じた制御はステップＳ２０９よりも後ろのステップで行われるので、制御部５−ｉから出力されている操作量ＭＶｉをステップＳ２０９の時点で取得すれば、この操作量ＭＶｉは設定値変更前の操作量となる。式（１２）において、ＴＨｏｉは制御ループＬｉ毎に予め記憶されている値であり、操作量ＭＶｉ＝０．０％の状態から最大出力ＭＶｉ＝１００．０％にしたとき（すなわち操作量上昇幅が１００．０％のとき）の制御量ＰＶｉの変化レート値である。つまり、式（１２）は、変化レート値ＴＨｏｉを操作量上昇幅（１００．０−ＭＶｉ）で換算する数式である。本実施の形態では加熱装置の例で説明しているので、制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉは昇温レート［ｓｅｃ．／℃］である。
【００７９】
次に、昇温時間推定部６１の昇温時間算出部６４は、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉをΔＰＶｉだけ変化させるのに必要な制御量変化時間である昇温時間ＴＬｉを、制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉと変更量ΔＰＶｉとから次式により制御ループＬｉ毎に推定する（図７ステップＳ２１０）。
ＴＬｉ＝ＴＨｉΔＰＶｉ                                        ・・・（１３）
【００８０】
そして、昇温時間算出部６４は、各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉのうちの最大値ＴＬを選出する（図７ステップＳ２１１）。
ＴＬ＝ｍａｘ（ＴＬｉ）                                        ・・・（１４）
式（１４）において、ｍａｘ（  ）は最大値選出演算関数である。以上のステップＳ２０８〜Ｓ２１１の処理により、昇温時間ＴＬを推定することができる。
【００８１】
次に、探索処理部６７の割当総電力判定部６９は、制御量ＰＶｉを昇温時間ＴＬの間に変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させる場合の全ヒータの使用電力ＴＷを求める処理を、以下のように行なわせる。
【００８２】
まず、必要出力推定部６５は、各制御ループＬｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉを取得し、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを昇温時間ＴＬの間に変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを次式により制御ループＬｉ毎に算出する（図７ステップＳ２１２）。
ＭＵｉ＝｛１００．０ＴＨｏｉ／（ＴＬ／ΔＰＶｉ）｝＋ＭＶｉ    ・・・（１５）
式（１５）は、式（１２）において、分母の１００．０をＭＵｉに置換し、ＴＨｉをＴＬ／ΔＰＶｉに置換して、ＭＵｉについて解くことにより得られる数式である。
【００８３】
続いて、使用電力合計算出部６６は、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉから各ヒータＨｉの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを次式により算出する（図７ステップＳ２１３）。
【００８４】
【数１】
0006283282.tif 000002
【００８５】
式（１６）において、ＣＴｍｉは制御ループＬｉ毎に予め記憶されている値であり、操作量ＭＶｉが最大値１００．０％の場合のヒータＨｉの使用電力値である。
探索処理部６７の割当総電力判定部６９は、ＴＷ≦ＰＷ、すなわち使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超えない場合は（図７ステップＳ２１４においてＹＥＳ）、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉをそれぞれ各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する（図７ステップＳ２１５）。
【００８６】
また、割当総電力判定部６９は、ＴＷ＞ＰＷ、すなわち使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超える場合は、昇温時間設定部６８に指示して、昇温時間ＴＬを現在の値の例えば１．０５倍に延長させて（図７ステップＳ２１６）、ステップＳ２１２に戻る。こうして、使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷ以内になるまで、ステップＳ２１２〜Ｓ２１４，Ｓ２１６の処理が繰り返される。
【００８７】
図７のステップＳ２１７，Ｓ２１８，Ｓ２１９，Ｓ２２０，Ｓ２２１は、それぞれ図３のステップＳ１１５，Ｓ１１６，Ｓ１１７，Ｓ１１８，Ｓ１１９と同じであるので、説明は省略する。
【００８８】
電力総和抑制制御装置は、以上のようなステップＳ２００〜Ｓ２２１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（図７ステップＳ２２２においてＹＥＳ）、一定時間毎に行なう。
こうして、本実施の形態では、特許文献２に開示された電力総和抑制制御を行ないつつ、制御量ＰＶｉを設定値変更に追従させる場合に、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図８は本発明の第４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り、図１、図６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、第３の実施の形態の電力総和抑制制御装置において、上限値操作部３の代わりに上限値操作部３ａを設け、制御部５−ｉの代わりに、制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）毎に設けられた制御部５ａ−ｉを設けたものである。
【００９０】
本実施の形態においても電力総和抑制制御装置の処理の流れは第３の実施の形態と同様である。つまり、本実施の形態は、第３の実施の形態の電力総和抑制制御装置に第２の実施の形態を適用したものなので、上限値操作部３ａと各制御部５ａ−ｉの出力上下限処理部５５−ｉとが第２の実施の形態で説明した処理を行う。こうして、本実施の形態では、第２の実施の形態で説明したとおり、グループ化による相間の電力配分設計に近づく確率を高くすることができる。
【００９１】
なお、第１〜第４の実施の形態では、まずグループＡの昇温を開始し、続いてグループＢの昇温を開始するという順序になっているが、これに限るものではなく、グループＡとグループＢの順序は任意でよい。
また、第１〜第４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。Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の制御ループは各々が１ループ以上であればよい。
【００９２】
また、第１〜第４の実施の形態では、各制御ループＬｉを、先行して操作量出力上限値ＯＨｉが上昇するグループＡと遅れて操作量出力上限値ＯＨｉが上昇するグループＢの２つにグルーピングした場合を例として説明したが、これに限るものではなく、各制御ループＬｉを３つ以上のグループにグルーピングしてもよい。
【００９３】
この場合、時間ＴＸはグループによって異なる。例えば各制御ループＬｉを３つのグループＡ，Ｂ，Ｃにグルーピングした場合、グループＢに属する制御ループの操作量出力上限値ＯＨｉを固定する状態を時間ＴＸＢだけ維持し、グループＣに属する制御ループの操作量出力上限値ＯＨｉを固定する状態を時間ＴＸＣだけ維持することになる。グループＢに対応する時間ＴＸＢは、１番目のグループＡ以外の残りのグループＢ，Ｃの操作量出力上限値ＯＨｉの固定を開始した時点（設定値ＳＰｉの同時変更を検出した時点）から、当該グループＢの１つ前で先行して上昇するグループＡの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が最大値１００％で安定するまでの時間よりも長い時間に予め設定しておけばよい。グループＣに対応する時間ＴＸＣは、１番目のグループＡ以外の残りのグループＢ，Ｃの操作量出力上限値ＯＨｉの固定を開始した時点から、当該グループＣの１つ前で先行して上昇するグループＢの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が最大値１００％で安定するまでの時間よりも長い時間に予め設定しておけばよい。
【００９４】
第１〜第４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４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】
【００９５】
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】
【００９６】
１…グループ登録部、２…同時変更検出部、３，３ａ…上限値操作部、４，４ａ…電力抑制部、５−ｉ，５ａ−ｉ…制御部、４０…割当総電力入力部、４１…電力値取得部、４２…最大出力時電力値取得部、４３…電力余裕算出部、４４…最大総電力算出部、４５…電力余裕総量算出部、４６…電力削減総量算出部、４７…電力削減割当量算出部、４８…出力上限値算出部、５０−ｉ…設定値ＳＰｉ入力部、５１−ｉ…制御量ＰＶｉ入力部、５２−ｉ…ＰＩＤ制御演算部、５３−ｉ…出力上限処理部、５４−ｉ…操作量ＭＶｉ出力部、６１…昇温時間推定部、６２…制御量ＰＶｉ変更量算出部、６３…制御量ＰＶｉ変化レート算出部、６４…昇温時間算出部、６５…必要出力推定部、６６…使用電力合計算出部、６７…探索処理部、６８…昇温時間設定部、６９…割当総電力判定部。
【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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【図８】
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【図９】
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