电力供需指导装置及电力供需指导方法

摘要

电力供需指导装置(200)中，生产计划取得部(221)取得属于炼铁厂的制造工厂的生产计划，电力预测部(222)基于所取得的生产计划，算出按时间序列预测了各制造工厂使用的电力量的预测电力量，将算出的各制造工厂的预测电力量相加而算出炼铁厂整体的预测电力量，发电买电量决定部(223)基于炼铁厂整体的预测电力量及各制造工厂的预测电力量，决定自家发电的发电电力量、从电力企业购入的买电电力量、生产量削减比例，可视化部(225)将各制造工厂的预测电力量、炼铁厂整体的预测电力量、发电电力量、买电电力量及生产量削减比例的时间序列变化显示于监视器(263)，警报通知部(224)对于生产量削减的内容进行警报通知。

说明书

技术领域

本发明涉及对炼铁厂中的使用电力量进行预测的电力供需指导装置及电力供需指导方法。

背景技术

以往，炼铁企业在生产中所需的大量的电力通过使用了处于炼铁厂内的发电设备的自家发电(以下，发电)和来自电力企业的购入(以下，买电)这2个方法来提供。其中，关于从电力企业购入的电力，基于在炼铁企业与电力企业之间订立的电力购入契约，来确定每规定时间例如1小时的最大量。从电力企业购入的电力量若超过契约最大量，则炼铁企业向电力企业支付巨额的违约金，电力企业需要设想以上的发电/输电负荷，对于双方而言不经济。因此，在炼铁厂中，多是通过预测各工厂的使用电力来增加自家发电量或者减少工厂的生产量，以避免买电量高于契约电力量。

在专利文献1中记载有对炼铁厂中的使用电力量进行预测的技术。在该技术中，关于检查修理期间(定修时)、通常操作时、定修开始/结束时，根据过去实绩数据而预先算出炼铁厂内的各工厂的电力量的时间序列模式(电力负荷模式)，根据该时间序列模式和将来的定修计划数据来算出各时刻的使用电力量。由此，能够时间序列地预测炼铁厂整体的电力量。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-186932号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1记载的技术中，需要预先赋予通常操作时的电力负荷模式。因此，关于根据生产量而使用电力量较大地变动的热轧工厂，存在有在生产量的变动较大地变化的时间而预测偏离的课题。

本发明鉴于上述情况而作出，其目的在于提供一种即使在生产量的变动较大地变化的时间，也能够高精度地预测在炼铁厂中使用的电力量的电力供需指导装置及电力供需指导方法。

用于解决课题的方案

为了解决上述的课题、实现目的，本发明的电力供需指导装置的特征在于，具备：生产计划取得单元，在属于炼铁厂的制造工厂中，取得产品的生产计划；电力预测单元，基于所取得的所述生产计划，算出按时间序列预测了各制造工厂使用的电力量的预测电力量，将算出的所述各制造工厂的预测电力量相加而算出炼铁厂整体的预测电力量；发电买电量决定单元，基于所述炼铁厂整体的预测电力量及各制造工厂的预测电力量，决定自家发电的发电电力量、从电力企业购入的买电电力量、产品的生产量削减比例；可视化单元，将所述各制造工厂的预测电力量、所述炼铁厂整体的预测电力量、所述发电电力量、所述买电电力量及所述生产量削减比例的时间序列变化显示于监视器；及警报通知单元，对于生产量削减的内容进行警报通知。

另外，本发明的电力供需指导装置的特征在于，所述生产计划取得单元取得热轧工厂的加热炉抽出计划，所述电力预测单元基于取得的加热炉抽出计划，使用热轧电力式，算出按时间序列预测了各制造工厂使用的电力量的预测电力。

另外，本发明的电力供需指导方法的特征在于，包括：生产计划取得步骤，在属于炼铁厂的制造工厂中，取得产品的生产计划；电力预测步骤，基于所取得的所述生产计划，算出按时间序列预测了各制造工厂使用的电力量的预测电力量，将算出的所述各制造工厂的预测电力量相加而算出炼铁厂整体的预测电力量；发电买电量决定步骤，基于所述炼铁厂整体的预测电力量及各制造工厂的预测电力量，决定自家发电的发电电力量、从电力企业购入的买电电力量、产品的生产量削减比例；可视化步骤，将所述各制造工厂的预测电力量、所述炼铁厂整体的预测电力量、所述发电电力量、所述买电电力量及所述生产量削减比例的时间序列变化显示于监视器；及警报通知步骤，对于生产量削减的内容进行警报通知。

发明效果

根据本发明，即使在生产量的变动较大地变化的时间，也能够高精度地预测炼铁厂使用的电力量。

附图说明

图1是表示应用本发明的电力网的概略结构的示意图。

图2是表示本发明的一实施方式的电力供需指导装置的概略结构的示意图。

图3是表示本实施方式的与生产计划有关的数据结构例的图。

图4是表示本实施方式的与电力有关的数据结构例的图。

图5是表示本实施方式的电力供需指导处理次序的流程图。

图6是表示本实施方式的发电买电量决定处理次序的流程图。

图7是用于说明实施例的效果的说明图。

图8是表示以往的方法的电力量的预测误差的图。

图9是表示本方法的电力量的预测误差的图。

图10是表示以往的方法的35分钟时点的25分钟之后(60分钟时点)的累积买电量的预测值的指导画面的一例的图。

图11是表示本方法的35分钟时点的25分钟之后(60分钟时点)的累积买电量的预测值的指导画面的一例的图。

图12是表示60分钟时点的累积买电量的实绩值的指导画面的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的一实施方式的电力供需指导装置及电力供需指导处理。需要说明的是，没有通过该实施方式来限定本发明。而且，在附图的记载中，对于同一部分标注同一标号来表示。

[电力网的结构]

首先，参照图1，说明应用本发明的电力网101的结构。如图1所示，电力网101包括炼铁厂内的电力网102、输电线103、制造工厂(A工厂104、B工厂105)、其他需要源106、厂内发电厂107、能量管理设施108、及电力企业发电厂109。A工厂104、B工厂105、其他需要源106、厂内发电厂107及能量管理设施108属于炼铁厂内的电力网102。A工厂104及B工厂105具体而言表示热轧工厂或制钢工厂等的与钢铁产品的制造有关的工厂。其他需要源106具体而言表示办事处等制造工厂以外的电力需要源。厂内发电厂107具体而言表示利用了厂内产生气体的火力发电厂等。能量管理设施108担任来自A工厂104、B工厂105及其他电力需要源106的电力需要的掌握和输电量分配的决定、厂内发电厂107的电力量指示和实绩掌握、从电力企业发电厂109购入的电力量的指示和实绩掌握。A工厂104、B工厂105、其他需要源106、厂内发电厂107、能量管理设施108及电力企业发电厂109由输电线103连接。

A工厂104、B工厂105及其他需要源106消耗经由输电线103接受的电力。在此，A工厂104及B工厂105的受电电力为了基于生产计划制造(生产)产品而被利用。

厂内发电厂107、电力企业发电厂109经由输电线103供给发电的电力。但是，厂内发电厂107仅能进行依赖于厂内产生气体具有的热量的发电，因此在各时间带，最大电力量受到限制，此外，从作出发电量增加指示至供给电力实际增加为止，需要依赖于发电设备的动特性的时间。而且，从电力企业发电厂109发送的电力量设有在炼铁企业与电力企业之间订立的契约最大电力量。

[电力供需指导装置的结构]

接下来，参照图2，说明应用于上述那样的电力网101的电力供需指导装置200的结构。如图2所示，电力供需指导装置200中，运算处理部220、ROM230、RAM240、数据收集装置261、数据库(DB)262、监视器263及输入装置264能够经由处于装置主体210内的传送通路250进行数据收发。

另外，数据收集装置261能够经由传送通路265与A工厂服务器271、B工厂服务器272及能量管理服务器273进行数据传送。在此，A工厂服务器271保持设置于A工厂104内的A工厂的操作计划及操作实绩。B工厂服务器272保持设置在B工厂105内的B工厂的操作计划及操作实绩。能量管理服务器273设置于能量管理设施108。

装置主体210使用个人计算机或工作站等通用的信息处理装置来实现，包括运算处理部220、ROM230、RAM240。

运算处理部220通过CPU等硬件实现。该运算处理部220基于在ROM230中存储的程序或数据、向监视器263输出的显示信号、从输入装置264输入的操作信号、从DB262取得的各种信息等，进行向构成电力供需指导装置200的各部的指示或数据的传送等，总括地控制电力供需指导装置200整体的动作。该运算处理部220作为如下各部发挥作用：作为生产计划取得单元的生产计划取得部221；作为电力预测单元的电力预测部222；作为发电买电量决定单元的发电买电量决定部223；作为警报通知单元的警报通知部224；作为可视化单元的可视化部225。

在ROM230中存储有使电力供需指导装置200动作而用于实现该电力供需指导装置200具备的各种功能的程序、在这些程序的执行中使用的数据等。而且，存储有使运算处理部220作为生产计划取得部221、电力预测部222、发电买电量决定部223、警报通知部224、可视化部225发挥作用且用于执行后述的电力供需指导处理的电力供需指导程序231。

RAM240是作为运算处理部220的作业用存储器而使用的半导体存储器，具备暂时保持运算处理部220执行的程序、其执行中使用的数据等的存储器区域。

监视器263通过LCD、EL显示器、CRT显示器等显示装置实现，以从装置主体210输入的显示信号及从输入装置264输入的显示信号为基础来显示各种画面。输入装置264通过例如键盘、鼠标、触摸面板、各种开关等输入装置而实现，将与操作输入对应的信号向装置主体210及监视器263输出。

数据收集装置261通过具备CPU等的运算装置、主存储装置、硬盘或各种存储介质等辅助存储装置、通信装置、显示装置、输入装置等的周知的服务器计算机或工作站、个人计算机等通用计算机实现。该数据收集装置261进行从A工厂服务器271、B工厂服务器272及能量管理服务器273收集关于生产计划或电力的数据而向DB262登记的数据登记处理。

具体而言，数据收集装置261从A工厂服务器271收集由A工厂104制造的产品的制造编号、制造开始时刻、制造结束时刻、成为产品的原料的原材料编号(以下，原材料编号)、原材料具有的物理特性(以下，原材料特性)、产品编号、产品具有的物理特性(以下，产品特性)，向DB262登记。而且，数据收集装置261从B工厂服务器272收集由B工厂105制造的产品的制造编号、制造开始时刻、制造结束时刻、原材料编号、原材料特性、产品编号、产品特性，向DB262登记。而且，数据收集装置261从能量管理服务器273收集A工厂104的使用电力量(实绩)、B工厂105的使用电力量(实绩)、其他电力需要源106的使用电力量(实绩)、厂内发电厂107的发电量实绩(以下，厂内发电电力量)及发电可能最大量(以下，最大发电电力量)、从电力企业发电厂109向炼铁厂电力网102发送的电力量实绩(以下，买电电力量)及契约最大电力量(以下，最大买电电力量)，向DB262登记。

DB262是蓄积(保持)由数据收集装置261收集的数据的存储装置，通过每一定时间对数据进行收集/登记/更新来构筑。DB262保持图3例示的关于生产计划的数据和图4例示的关于电力的数据。需要说明的是，图3所示的关于生产计划的数据中的预测电力量由后述的电力供需指导处理算出并登记。而且，图4所示的关于电力的数据中的总计电力量、不足电力量及减法运算率由后述的电力供需指导处理算出并登记。而且，优先模式是指在电力量不足的情况下优先的供给方法，发电优先、买电优先中的任一个关于各时间带预先决定并登记。

[电力供需指导处理]

接下来，说明电力供需指导处理。图5是表示在装置主体210中运算处理部220进行的电力供需指导处理的处理次序的流程图。电力供需指导装置200通过数据收集装置261进行上述的数据登记处理且运算处理部220按照图5的处理次序进行电力供需指导处理来实施电力供需指导方法。需要说明的是，电力供需指导处理通过运算处理部220读出存储于ROM230的电力供需指导程序231并执行而实现。该电力供需指导处理在运算处理部220从输入装置264接收到运算开始命令的时点开始。

首先，在步骤S501的处理中，生产计划取得部221取得存储在DB262中的生产计划。即，生产计划取得部221关于从当前时刻至未来规定时间之后(在本实施方式中，例如未来2小时之后)由各制造工厂(A工厂104、B工厂105)制造的预定的产品，从DB262取得制造编号、制造开始时刻、制造结束时刻、原材料编号、原材料特性、产品编号、产品特性的数据。

另外，如图2记载那样，作为在步骤S501的处理中取得生产计划的另外的形态，生产计划取得部221也可以从在A工厂服务器271的下位设置的过程计算机281经由未图示的网关以一定周期(在本实施方式中，例如1分钟周期)取得生产计划。过程计算机281是从设置于上位的A工厂服务器271接收生产计划，向接收到的生产计划加入制造进展或来自操作者的校正量，在校正后的生产时间向制造设备282发送制造指示的计算机。即，来自过程计算机281的制造指示与实际的制造时间大体一致，因此能够取得更准确的生产计划。需要说明的是，这样的过程计算机281也可以设置于B工厂服务器272，这种情况下也能够进行同样的处理。

例如，以热轧工厂为例的话，过程计算机281可以构成作为对来自加热炉的板坯抽出间距进行控制的轧制节奏计算机。热轧过程由从加热炉经由轧机、冷却设备直至卷取设备的一连串的设备构成，所述轧制节奏计算机取得已经从加热炉抽出的板坯的轧制、冷却、卷取的进展状况，以该进展信息为基础，预测对于今后从加热炉抽出的预定的板坯的从加热炉抽出经由轧制、冷却直至卷取完成所需的时间，基于预测的时间和来自操作者的校正量向从上位计算机(工厂服务器)取得的生产计划即加热炉抽出计划施加校正。并且，轧制节奏计算机在按照校正后的加热炉抽出计划的时间向加热炉发送板坯抽出指示。在步骤S501的处理使用了轧制节奏计算机的情况下，生产计划取得部221取得所述校正后的最新的加热炉抽出计划。

接下来，在步骤S502的处理中，电力预测部222以每规定时间(在本实施方式，设为例如1分钟刻度)利用以下的方法预测未来2小时之后为止所需的电力量。即，电力预测部222首先对于未来2小时之后为止的各个预定制造的产品，通过以该产品的原材料特性及产品特性为输入变量的下式(1)表示的函数f来预测制造使用的电力量。

[数学式1]

制造使用的电力量＝f(原材料特性1、原材料特性2、…、产品特性1、产品特性2、) …(1)

例如，以热轧工厂为例的话，函数f具体而言如下式(2)那样构成。

[数学式2]

p(i)＝a×w(i)×k(i)β×log(H(i)/h(i))…(2)

其中，

p(i)：热轧线圈产品i的制造使用的电力量

w(i)：产品i的原材料重量

k(i)：产品i的产品硬度

H(i)：产品i的原材料厚度

h(i)：产品i的产品厚度

α、β：依赖于轧制设备等制造环境的调整系数

电力预测部222将算出的各产品的制造使用的电力量(预测电力量)如图3所示写入DB262的关于生产计划的数据记录器。

并且，电力预测部222根据图3所示那样的各制造工厂的生产计划和预测电力量的数据，以每1分钟利用下式(3)算出并预测各制造工厂使用的电力量(预测电力量)。

[数学式3]

pt＝∑i(p(i)×c(i))+γ…(3)

其中，

pt：时刻t～t+1的预测电力量

p(i)：产品i的制造使用的电力量

c(i)：在时刻t～t+1制造产品i的时间的比例

i：在时刻t～t+1制造预定的产品编号

γ：制造设备空转等的基础电力量

另外，电力预测部222从以月和昼夜为关键字的12×2的二维查找表检索各时间带的其他需要源106的需要电力量。该查找表的值是以过去实绩数据为基础而算出的平均值。电力预测部222将以上求出的各时刻的A工厂104的电力量(使用电力量)、B工厂105的电力量(使用电力量)及其他需要源106的电力量(使用电力量)的总计值作为厂整体的电力量(总计电力量)的预测值。而且，电力预测部222算出从总计电力量减去最大发电电力量和最大买电电力量而得到的不足电力量。最后，电力预测部222将算出的各时间带的A工厂104的电力量、B工厂105的电力量、其他需要源106的电力量、总计电力量及不足电力量如图4所示写入DB262的关于电力的数据记录器。

需要说明的是，在步骤S501中，使用所述的轧制节奏计算机，生产计划取得部221取得校正后的最新的加热炉抽出计划的情况下，在步骤S502中，电力预测部222基于该加热炉抽出计划，使用上述式(1)～(3)所示的热轧电力式，算出按时间序列预测了各制造工厂使用的电力量的预测电力。

接下来，在步骤S503的处理中，发电买电量决定部223进行发电买电量决定处理，所述发电买电量决定处理对于每1分钟的各时间带决定未来2小时之后为止的发电电力量与买电电力量的分配。具体而言，发电买电量决定部223按照图6所示的流程图的次序来执行发电买电量决定处理。即，发电买电量决定部223在总计电力量为最大发电电力量与最大买电电力量之和以下(S601为“是”)、且优先模式为发电优先(步骤S602为“是”)、且总计电力量为最大发电电力量以下的情况下(步骤S603为“是”)，将发电电力量设为与总计电力量相同的值，将买电电力量设为0(步骤S604)。由此，步骤S503的处理完成，电力供需指导处理进入步骤S504的处理。

在步骤S503的处理中，在总计电力量为最大发电电力量与最大买电电力量之和以下(步骤S601为“是”)、且优先模式为发电优先(步骤S602为“是”)、且总计电力量比最大发电电力量大的情况下(步骤S603为“否”)，发电买电量决定部223将发电电力量设为与最大发电电力量相同的值，将买电电力量设为从总计电力量减去最大发电电力量而得到的值(步骤S605)。由此，步骤S503的处理完成，电力供需指导处理进入步骤S504的处理。

在步骤S503的处理中，在总计电力量为最大发电电力量与最大买电电力量之和以下(步骤S601为“是”)、且优先模式为买电优先(步骤S602为“否”)、且总计电力量为最大买电电力量以下的情况下(步骤S606为“是”)，发电买电量决定部223将买电电力量设为与总计电力量相同的值，将发电电力量设为0(步骤S607)。由此，步骤S503的处理完成，电力供需指导处理进入步骤S504的处理。

在步骤S503的处理中，在总计电力量为最大发电电力量与最大买电电力量之和以下(步骤S601为“是”)、且优先模式为买电优先(步骤S602为“否”)、且总计电力量比最大买电电力量大的情况下(步骤S606为“否”)、发电买电量决定部223将买电电力量设为与最大买电电力量相同的值，将发电电力量设为从总计电力量减去最大买电电力量而得到的值(步骤S608)。由此，步骤S503的处理完成，电力供需指导处理进入步骤S504的处理。

在步骤S503的处理中，不符合以上的任一个，在总计电力量比最大发电电力量与最大买电电力量之和大的情况下(步骤S601为“否”)，发电买电量决定部223将发电电力量设为与最大发电电力量相同的值，将买电电力量设为与最大买电电力量相同的值(步骤S609)。而且，发电买电量决定部223将不足电力量设为从总计电力量减去最大发电电力量和最大买电电力量而得到的值，将减产率(生产量削减比例)设为不足电力量除以预先确定的减产候补的工厂的使用电力量而得到的值(步骤S610)。而且，警报通知部224对于减产候补的工厂的服务器和监视器263，发送通知生产量削减的内容的警报通知(步骤S611)。由此，步骤S503的处理完成，电力供需指导处理进入步骤S504的处理。

需要说明的是，可视化部225将如以上所述算出的各制造工厂的预测电力量、总计电力量、发电电力量、买电电力量、减产率的时间序列变化向监视器263输出。

在步骤S504的处理中，运算处理部220在从输入装置264未接收到运算处理停止命令期间(步骤S504为“否”)，以一定的时间间隔(几十秒～几十分钟间隔)返回步骤S501的处理而重复执行直至S503的处理。运算处理部220在从输入装置264接收到运算处理停止命令的情况下(步骤S504为“是”)，结束一连串的电力供需指导处理。

图4示出以某时点的电力量(MWh)为基准值100而进行指数(量纲为1)化的实施例。例如，在2000年3月1日10时00分00秒，A工厂104的使用电力量为100，B工厂105的使用电力量为150，其他需要源106的使用电力量为100，总计电力量为350。此时，优先模式为买电优先，最大买电电力量为260，因此通过电力需要指导处理，算出厂内发电电力量为100，买电电力量为260。

另外，在2000年3月1日11时30分00秒，A工厂104的使用电力量为120，B工厂105的使用电力量为110，其他需要源106的使用电力量为100，总计电力量为330。此时，最大发电电力量为150，最大买电电力量为150，因此算出厂内发电电力量为150，买电电力量为150，不足电力量为30，作为减产候补的A工厂104的减产率为25％。

以上，如说明所述，根据本实施方式的电力供需指导装置的电力供需指导处理，基于生产计划来预测各工厂的电力量，因此即使在生产量急变的时间，也能够高精度地预测电力量。因此，能够防止超过契约电力量的买电，能够防止违约金支付等的不经济。而且，算出按照买电和发电的优先顺序的发电电力量、买电电力量、生产量削减比例，能够将它们向各制造工厂及能量管理设施的操作者进行操作指导。因此，也具有防止过剩的发电引起的发电成本增加、及过剩的生产削减引起的生产性损失的效果。

以上，说明了应用通过本发明者作出的发明的实施方式，但是没有通过基于本实施方式作出的本发明的公开的一部分的记述及附图来限定本发明。即，基于本实施方式，通过本领域技术人员等作出的其他的实施方式、实施例及运用技术等全部包含于本发明的范畴。

[实施例]

接下来，参照图7，说明本实施方式的效果。图7是表示具有图1记载的电力网101的炼铁厂的总计电力量的实绩值及预测值、各制造工厂(A工厂104、B工厂105)的生产量的变化的图。在图7的中段坐标图和下段坐标图中可知，以时刻t-1与t之间为界，A工厂104和B工厂105的生产量急增。在本实施例中，在该时刻t-1与t之间的时间，利用电力供需指导处理预测了电力量。

在以往的方法中，利用由紧前的实绩的总计电力量的移动平均等进行外插的方法预测电力量，因此如图7的上段坐标图表示的虚线所示，预测为时刻t、t+1的电力量比时刻t-1减少。然而，实际生产量增加，因此如实线所示，电力量增加，预测较大地偏离。

另一方面，根据本实施方式的电力供需指导处理，运算处理部220进行与生产量的增加对应的电力量预测，因此如图7的上段坐标图的点线所示，可知得到了比以往的方法的预测值更接近实绩值的预测值。

另外，如图8所示，以往的方法的需用电力的预测误差为σ4.6MWh，但是如图9所示，本方法的预测误差为σ1.7MWh。由此也可知，本方法与以往相比预测误差减少，得到接近于实绩值的预测值。需要说明的是，图8及图9所示的坐标图的纵轴是电力量的预测值，横轴是电力量的实绩值，坐标图内的R²是决定系数。

图10～图12是买电量的指导画面的一例，纵轴是累积买电量，横轴是时间。在以往的方法中，如图10所示，将35分钟时点的25分钟之后(60分钟时点)的累积买电量预测为77MWh。因此，以往的方法与图12所示的60分钟时点的累积买电量的实绩值90MWh相比，存在13MWh的误差。另一方面，在本方法中，如图11所示，将35分钟时点的25分钟之后(60分钟时点)的累积买电量预测为96MWh，与实绩值的误差为6MWh。因此可知，即使在累积买电量的预测中，本方法与以往相比预测误差也减少，能得到接近于实绩值的预测值。

需要说明的是，在上述实施例中，以具有以图1记载的2个制造工厂为对象的电力网的炼铁厂为例进行了说明，但是本发明并不局限于此，也可以应用于以3个以上的制造工厂为对象的电力网。

工业实用性

如以上所述，本发明的电力供需指导装置及电力供需指导方法能够高精度地预测炼铁厂使用的电力量，因此能够应用于具备发电设备的炼铁厂。

标号说明

101 电力网

102 炼铁厂内的电力网

103 输电线

104 A工厂

105 B工厂

106 其他需要源

107 厂内发电厂

108 能量管理设施

109 电力企业发电厂

200 电力供需指导装置

210 装置主体

220 运算处理部

221 生产计划取得部

222 电力预测部

223 发电买电量决定部

224 警报通知部

225 可视化部

230 ROM

231 电力供需指导程序

240 RAM

250 传送通路

261 数据收集装置

262 数据库(DB)

263 监视器

264 输入装置

265 传送通路

271 A工厂服务器

272 B工厂服务器

273 能量管理服务器

281 过程计算机

282 制造设备