図面 (/)

技術 複数の電気機器を効率的に動作させる電気管理システム、及びそのための電気機器、中央管理装置、コンピュータプログラムとその記憶媒体、並びに中央管理装置における電気機器の管理方法

出願人 シャープ株式会社
発明者 山田雄介
出願日 2011年6月27日 (9年6ヶ月経過) 出願番号 2012-521558
公開日 2013年8月22日 (7年4ヶ月経過) 公開番号 WO2011-162405
状態 未査定
技術分野 給配電網の遠方監視・制御 交流の給配電
主要キーワード 模式的グラフ 温度下降速度 中央制御機器 リレー制御装置 ヒータ制御プログラム 大きさの降順 幹線電流 制御履歴情報
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年8月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題

電気機器の本来の機能を発揮させながら、ピーク電力負荷緩和できる電気機器管理システムを提供する。

解決手段

電気機器は、センサと、センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、通電状態を制御する制御部と、定常状態1102に入ると、定常状態における制御の周期(A,B,C)と、定常状態を維持するために必要な電力供給期間とを算出し中央管理装置に送信する送信部と、周期情報と、当該周期情報により特定される周期内での電力供給許可期間に関する期間情報とを含む指令を受信して、制御部に与える受信部とを含む。制御部は、この指令と、タイマの出力とに基づいて通電状態を制御する。複数の電気機器(A,B,C)で電力供給の期間が重複しないようにすることで、システム全体として消費電力ピーク平準化する(D)。

概要

背景

この出願は、日本国に2010年6月25日に出願された特願2010−144351号に基づく優先権を主張する出願であり、当該特願2010−144351号の全内容をここに参照により援用する。

近年、比較的大きな電力を必要とする電気機器を備える家庭が多くなっている。例えばエアーコンディショナー(以下「エアコン」と呼ぶ。)、冷蔵庫電子レンジ洗濯乾燥機食器洗い乾燥機、及びヘアドライヤー等である。これらの電気機器を同時に動作させていると、使用電力量電気契約容量を超える可能性が高まる。使用電力量がひとたび契約容量を超えるとブレーカ落ちてしまう。ブレーカが落ちると家中の電気機器が使用できなくなる。それ以外の重大な影響も生ずる。例えば、いわゆるデスクトップパソコンファイル編集しているときに、ブレーカが落ちてしまうと、編集した後のデータが消えてしまう。こうした被害回復不能なこともある。

こうした影響を軽減するために、ブレーカを複数のサブブレーカに分割する方法がある。そうしたブレーカでは、多くの場合、使用電力が過大となったサブブレーカのみが落ち、他のサブブレーカは落ちないようになっている。しかしこの場合でも、限定的ではあるが他の電気機器に予期せぬ影響が及ぶことに変わりはない。したがってこうした問題を解決するための何らかの手段が求められている。

その一例が非特許文献1に記載されている「ピークカット機能付き分電盤」を持つ電力制御装置である。この装置は、住宅分電盤とセットで備え付けられる。この装置は、電流センサを内蔵している。電流センサが電気の使いすぎを検知すると、音声で知らせる。さらに、電気の契約容量を超えて電気を使いすぎた場合には、JEM−A端子装備している電気機器(4台まで指定可能)を自動的に停止させる。その後、電気の使用量が減少すると、自動的に運転再開させる。

既築の集合住宅及び戸建住宅の中には、電気の使用量が増えても幹線容量不足で契約容量を上げられないものがある。そのような住宅にとって、こうした機能を持つ装置は有用である。

上記した問題を解決するための他の技術が特許文献1に開示されている。特許文献1は、電気機器とブレーカ装置ネットワーク化させて、ブレーカの発動を未然に防ぐ技術を開示している。具体的には、電気機器は、一定値以上の電力消費に起因するトリガーがあったか否かを監視する。例えばアイロンであれば電源オン又は設定温度の上昇がトリガーとなる。エアコンであれば電源オン又は設定温度の上昇がトリガーとなる。電子レンジであれば電源オン又は内部マイクロ波放出開始等がトリガーとなる。トリガーを検出すると、電気機器は、そのトリガーに対応する処理に必要な消費電力値を何らかの手段により決定し、その量の電力使用を要求するメッセージをブレーカ装置に送る。

ブレーカ装置は、このメッセージを受取ると、メッセージに記載された、電力使用の要求量を抽出する。ブレーカ装置は、要求電力量と、現在の消費電力量との和が、最大許容電力量より小さいか否かを判定する。判定が肯定であれば、ブレーカ装置は電力の使用を許可するメッセージを電気機器に返し、そうでなければ電力の使用を許可しないメッセージを返す。

電気機器は、ブレーカ装置から使用許可のメッセージを受取ると電力消費を開始し、使用不許可のメッセージを受取ると電力消費を中止する。

この仕組みにより、例えば、大電力を必要とする電気機器を家庭で同時に使用しようとする場合でも、その消費電力の合計が最大許容電力を超えることが避けられる。したがって、電気機器の使用中にブレーカが落ちてしまうということがなくなる。

ところで、こうした問題は単独の家庭に限定された問題ではない。集合住宅等、複数の家庭が集まって一つの住宅を形成する場合にも同様の問題が生じ得る。こうした問題に対処するため、特許文献2には、集合住宅全体電力負荷を制御し、集合住宅内の家庭の電灯線が接続されている幹線の過負荷を引き起こさないようにする技術が開示されている。

具体的には、特許文献2に記載の技術では、屋外電灯線から供給された電力が、複数の幹線ブレーカを有する幹線に分かれ、幹線からさらに分岐された分岐電灯線により各戸に供給される。幹線電流制御指示器は、幹線ブレーカに流れる電流値を獲得してメモリに記憶し、1分間程度先の幹線の電流値を予測する。幹線電流制御指示器は、予測にしたがい、各戸の電力制御機能付き電気機器に対し、制御命令を送信する。特許文献2では、制御命令信号は電灯線により搬送される。

特許文献2の制御命令の内容は、幹線電流予測値によってレベル分けされる。それらは、「省エネ省エネルギーモード解除」、「省エネ協力依頼」、「空調温度制御実施」、「対象機器FF」である。例えば、エアコンの場合、これらの制御命令をうけると、それぞれ通常運転省エネ運転、設定空調温度変更及び停止という動作を行なえばよい。

概要

電気機器の本来の機能を発揮させながら、ピーク電力負荷緩和できる電気機器管理システムを提供する。電気機器は、センサと、センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、通電状態を制御する制御部と、定常状態1102に入ると、定常状態における制御の周期(A,B,C)と、定常状態を維持するために必要な電力供給期間とを算出し中央管理装置に送信する送信部と、周期情報と、当該周期情報により特定される周期内での電力供給許可期間に関する期間情報とを含む指令を受信して、制御部に与える受信部とを含む。制御部は、この指令と、タイマの出力とに基づいて通電状態を制御する。複数の電気機器(A,B,C)で電力供給の期間が重複しないようにすることで、システム全体として消費電力のピーク平準化する(D)。

目的

本発明が解決しようとする課題は、電気機器の本来の機能を発揮させながら、ピーク電力の負荷を緩和できる電気機器管理システム、当該システムで用いられる電気機器及びそのためのコンピュータプログラム記憶媒体、中央管理装置及び当該中央管理装置の管理方法、それら中央管理装置からの指令に従い、電気機器での電力消費を制御する制御装置、並びに電気機器への電力供給の制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

電力消費して動作する制御対象物及びその電力を制御するコントローラと、前記制御対象物による動作の結果を反映して変化しうる外界状況に関する情報を取得するセンサと、前記センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、前記制御対象物に与えられる電力を調整するように前記コントローラを制御するための制御装置と、所定の基準時間と同期するタイマとを含む電気機器であって、前記制御装置は、前記制御対象物が定常状態となるように前記コントローラを制御可能であり、前記電気機器はさらに、前記制御装置による制御が定常状態に入ったことに応答し、前記定常状態における周期と、前記定常状態を維持するために前記制御対象物に電力を与えるために必要な期間とを算出し通信インタフェースを介して所定の中央管理装置に与えるための送信装置と、周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で前記制御対象物に電力を与えることが許可される期間情報とを含む、前記中央管理装置により生成される指令を受信するための受信装置とを含み、前記制御装置は、前記受信装置から受けた指令と、前記タイマの出力とに基づいて、前記期間情報により特定される期間内の所定の時刻から前記制御対象物に電力を供給するように、かつ前記センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、前記コントローラを制御するための装置を含む、電気機器。

請求項2

前記送信装置は、前記センサの出力に基づいて、前記制御装置による制御の状態を管理するための状態管理装置と、前記状態管理装置により管理されている状態が定常状態に入ったことに応答し、前記定常状態における前記制御装置による制御の周期を測定するための周期測定装置と、前記周期測定装置により測定された周期が目標周期に近づくように、前記制御装置による制御の周期を調整するための周期調整装置と、前記状態管理装置により管理されている状態が定常状態に入ったこと、及び前記周期測定装置により測定された周期と目標周期との差が所定のしきい値より小さくなったことに応答して、当該目標周期と、当該目標周期内において、前記定常状態を維持するために前記制御対象物に電力を与えるために必要な期間とを算出し前記通信インタフェースを介して前記中央管理装置に与えるための装置とを含む、請求項1に記載の電気機器。

請求項3

前記制御装置は、前記センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、前記制御対象物に対して与えられる電力を複数通りの値のいずれかに制御する、請求項1又は請求項2に記載の電気機器。

請求項4

前記複数通りの値は、0と、所定の正の値との2通りである、請求項3に記載の電気機器。

請求項5

各々、電力消費が周期的に変化する複数の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、前記受信装置が前記複数の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を前記周期内に配置するための配置装置と、前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が許可された期間とを通知するための通知装置とを含む、中央管理装置。

請求項6

前記配置装置は、第1の電気機器に与えられる期間と、第2の電気機器に与えられる期間との間に、所定の間隔を配置する、請求項5に記載の中央管理装置。

請求項7

前記配置装置は、前記グループ内の電気機器の消費電力と、電気機器の識別番号と、電気機器が要求する電力供給の期間とからなる機器情報を記憶するための記憶装置と、前記記憶装置に記憶された機器情報の内、電力供給が許可される期間がまだ前記周期内に配置されていないものを選択するための選択装置と、前記選択装置により選択された機器情報に対して電力供給が許可される電力供給許可期間を、前記周期内で配置可能な位置の全てに仮に配置し、そのときの、前記周期内に電力供給許可期間が配置されている全ての電気機器の消費電力の合計の最大値最小値との差を算出するための電力差算出装置と、前記電力差算出装置により算出された値が最も小さな位置に、前記選択装置により選択された電気機器の電力供給許可期間を本配置するための装置と、前記選択装置、前記電力差算出装置、及び前記本配置するための装置を、前記周期内に電力供給許可期間が配置されていない状態から、前記グループの全ての電気機器の電力供給許可期間が配置される状態になるまで繰返し動作させるための装置とを含む、請求項5に記載の中央管理装置。

請求項8

ネットワークと、各々、前記ネットワークに接続される1以上の電気機器と、前記ネットワークに接続され、前記1以上の電気機器が協調して動作するよう、前記ネットワークを介して前記1以上の電気機器を管理するための中央管理装置とを含む電気機器管理システムであって、前記1以上の電気機器の各々は、電力を消費して動作する制御対象物及びその電力を制御するコントローラと、前記制御対象物による動作の結果を反映して変化しうる外界状況に関する情報を取得するセンサと、前記センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、前記制御対象物に与えられる電力を調整するように前記コントローラを制御するための制御装置と、所定の基準時間と同期するタイマとを含み、前記制御装置は、前記制御対象物が定常状態となるように前記コントローラを制御可能であり、前記1以上の電気機器の各々はさらに、前記制御装置による制御が定常状態に入ったことに応答し、前記定常状態における周期と、前記定常状態を維持するために前記制御対象物に電力を与えるために必要な期間とを算出し通信インタフェースを介して前記中央管理装置に与えるための送信装置と、周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で前記制御対象物に電力を与えることが許可される期間情報とを含む、前記中央管理装置により生成される指令を受信するための受信装置とを含み、前記制御装置は、前記受信装置から受けた指令と、前記タイマの出力とに基づいて、前記期間情報により特定される期間内の所定の時刻から前記制御対象物に電力を供給するように、かつ前記センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、前記コントローラを制御するための装置を含み、前記中央管理装置は、前記1以上の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、前記受信装置が前記複数の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を前記周期内に配置するための配置装置と、前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置とを含む、電気機器管理システム。

請求項9

1以上の電気機器に接続されるコンピュータにより実行されると、当該コンピュータを、各々、電力消費が周期的に変化する複数の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、前記受信装置が前記複数の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を前記周期内に配置するための配置装置と、前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置として機能させる、コンピュータプログラム

請求項10

請求項9に記載のコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体

請求項11

各々、電力消費が周期的に変化する複数の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、前記受信装置が前記複数の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を前記周期内に配置するための配置装置と、前記抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置とを含む、電気機器の中央管理装置の管理方法であって、前記受信装置が、各々、電力消費が周期的に変化する複数の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信する受信ステップと、前記抽出装置が、前記受信ステップにおいて前記複数の電気機器から受取られた通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出する抽出ステップと、前記配置装置が、前記抽出ステップにおいて抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を前記周期内に配置する配置ステップと、前記通知装置が、前記抽出ステップにおいて抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知する通知ステップとを含む、中央管理装置の管理方法。

請求項12

自己の動作の結果を反映して変化しうる環境状況に関する情報を検知するセンサを持ち、当該センサ出力に基づいて、前記センサ出力が所定の範囲となるように動作する機能を持つ電気機器と接続されて用いられ、前記電気機器の消費電力を制御するための電力制御装置であって、前記電気機器からのセンサ出力を受信するセンサ出力受信装置と、所定の基準時間と同期するタイマと、前記センサ出力受信装置の出力に基づいて、前記電気機器の動作が定常状態に入ったことを検知し、前記定常状態における周期と、前記電気機器が前記定常状態を維持するために電力の供給を受けることが必要な期間とを算出し所定の中央管理装置に送信するための送信装置と、前記中央管理装置からの指令を受信するための受信装置とを含み、前記指令は、前記電気機器の動作の周期を特定する周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で前記制御対象物をオンさせることが許可されるオン許可期間情報とを含み、前記制御装置はさらに、前記受信装置から受けた指令と、前記タイマの出力とに基づいて、前記オン許可期間情報により特定される期間内に前記電気機器が電力を消費するように前記電気機器への電力消費を規制する電力規制装置を含む、電気機器の制御装置。

請求項13

前記電気機器に電力を供給する電力線に関連して、当該電力線を介して前記電気機器に供給される電力を検知可能なように設けられた電力センサ部をさらに含み、前記電力センサ部の出力を定期的に前記中央管理装置に送信する消費電力送信部をさらに含む、請求項12に記載の電気機器の制御装置。

請求項14

前記電気機器は、外部からの所定の規格にしたがった指令に応答して自己の状態を変化させることが可能であり、前記電力規制装置は、前記タイマによる計時に同期して、前記周期の各々について、前記オン許可期間の最初に前記電気機器がオンし、前記オン許可期間の最後に前記電気機器がオフの状態となるように、前記所定の規格にしたがって前記電気機器に指令を送信する指令送信部を含む、請求項12に記載の電気機器の制御装置。

請求項15

前記電力規制装置は、前記タイマによる計時に同期して、前記周期の各々について、前記オン許可期間の最初にオンし、前記オン許可期間の最後にオフする、前記電気機器への電力供給線内に設けられたスイッチを含む、請求項12に記載の電気機器の制御装置。

請求項16

自己の動作の結果を反映して変化しうる環境状況を検知し、当該環境情報が所定の条件を充足するように動作する機能を持つ電気機器と接続されて用いられ、前記電気機器の消費電力を制御するための電力制御装置であって、前記電気機器に電力を供給する電力線に関連して、当該電力線を介して前記電気機器に供給される電力を検知可能なように設けられた電力センサと、所定の基準時間と同期するタイマと、前記電力センサの出力を定期的に所定の中央管理装置に送信し、前記中央管理装置からの指令を受信する通信装置とを含み、前記指令は、前記電気機器の動作の周期を特定する周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で前記制御対象物をオンさせることが許可されるオン許可期間情報とを含み、前記電力制御装置はさらに、前記中央管理装置から受けた指令と、前記タイマの出力とに基づいて、各周期ごとに、前記オン許可期間情報により特定される期間内では前記電気機器への電力供給を行ない、それ以外の期間では前記電気機器への電力供給を遮断する供給電力スイッチを含む、電力制御装置。

請求項17

前記電力制御装置は、電源供給のためのコンセントに挿入されるプラグ部と、前記電気機器のプラグが挿入されるコンセント部と、前記プラグ部及び前記コンセント部の間を接続する1対の電灯線とをさらに含み、前記供給電力スイッチは、前記1対の電灯線のいずれかに挿入されたリレーと、前記中央管理装置から受けた指令と、前記タイマの出力とに基づいて、各周期ごとに、前記オン許可期間情報により特定される期間内では前記リレーがオンし、それ以外の期間では前記リレーがオフするように前記リレーを制御するリレー制御装置とを含む、請求項15に記載の電力制御装置。

技術分野

0001

本発明は、複数の電気機器協調動作させるシステムに関し、特に、電気機器をネットワーク化して中央管理装置と接続し、中央管理装置の機能によりこれらの電気機器を協調動作させるシステム及び電気機器の制御方法に関する。

背景技術

0002

この出願は、日本国に2010年6月25日に出願された特願2010−144351号に基づく優先権を主張する出願であり、当該特願2010−144351号の全内容をここに参照により援用する。

0003

近年、比較的大きな電力を必要とする電気機器を備える家庭が多くなっている。例えばエアーコンディショナー(以下「エアコン」と呼ぶ。)、冷蔵庫電子レンジ洗濯乾燥機食器洗い乾燥機、及びヘアドライヤー等である。これらの電気機器を同時に動作させていると、使用電力量電気契約容量を超える可能性が高まる。使用電力量がひとたび契約容量を超えるとブレーカ落ちてしまう。ブレーカが落ちると家中の電気機器が使用できなくなる。それ以外の重大な影響も生ずる。例えば、いわゆるデスクトップパソコンファイル編集しているときに、ブレーカが落ちてしまうと、編集した後のデータが消えてしまう。こうした被害回復不能なこともある。

0004

こうした影響を軽減するために、ブレーカを複数のサブブレーカに分割する方法がある。そうしたブレーカでは、多くの場合、使用電力が過大となったサブブレーカのみが落ち、他のサブブレーカは落ちないようになっている。しかしこの場合でも、限定的ではあるが他の電気機器に予期せぬ影響が及ぶことに変わりはない。したがってこうした問題を解決するための何らかの手段が求められている。

0005

その一例が非特許文献1に記載されている「ピークカット機能付き分電盤」を持つ電力制御装置である。この装置は、住宅分電盤とセットで備え付けられる。この装置は、電流センサを内蔵している。電流センサが電気の使いすぎを検知すると、音声で知らせる。さらに、電気の契約容量を超えて電気を使いすぎた場合には、JEM−A端子装備している電気機器(4台まで指定可能)を自動的に停止させる。その後、電気の使用量が減少すると、自動的に運転再開させる。

0006

既築の集合住宅及び戸建住宅の中には、電気の使用量が増えても幹線容量不足で契約容量を上げられないものがある。そのような住宅にとって、こうした機能を持つ装置は有用である。

0007

上記した問題を解決するための他の技術が特許文献1に開示されている。特許文献1は、電気機器とブレーカ装置をネットワーク化させて、ブレーカの発動を未然に防ぐ技術を開示している。具体的には、電気機器は、一定値以上の電力消費に起因するトリガーがあったか否かを監視する。例えばアイロンであれば電源オン又は設定温度の上昇がトリガーとなる。エアコンであれば電源オン又は設定温度の上昇がトリガーとなる。電子レンジであれば電源オン又は内部マイクロ波放出開始等がトリガーとなる。トリガーを検出すると、電気機器は、そのトリガーに対応する処理に必要な消費電力値を何らかの手段により決定し、その量の電力使用を要求するメッセージをブレーカ装置に送る。

0008

ブレーカ装置は、このメッセージを受取ると、メッセージに記載された、電力使用の要求量を抽出する。ブレーカ装置は、要求電力量と、現在の消費電力量との和が、最大許容電力量より小さいか否かを判定する。判定が肯定であれば、ブレーカ装置は電力の使用を許可するメッセージを電気機器に返し、そうでなければ電力の使用を許可しないメッセージを返す。

0009

電気機器は、ブレーカ装置から使用許可のメッセージを受取ると電力消費を開始し、使用不許可のメッセージを受取ると電力消費を中止する。

0010

この仕組みにより、例えば、大電力を必要とする電気機器を家庭で同時に使用しようとする場合でも、その消費電力の合計が最大許容電力を超えることが避けられる。したがって、電気機器の使用中にブレーカが落ちてしまうということがなくなる。

0011

ところで、こうした問題は単独の家庭に限定された問題ではない。集合住宅等、複数の家庭が集まって一つの住宅を形成する場合にも同様の問題が生じ得る。こうした問題に対処するため、特許文献2には、集合住宅全体電力負荷を制御し、集合住宅内の家庭の電灯線が接続されている幹線の過負荷を引き起こさないようにする技術が開示されている。

0012

具体的には、特許文献2に記載の技術では、屋外電灯線から供給された電力が、複数の幹線ブレーカを有する幹線に分かれ、幹線からさらに分岐された分岐電灯線により各戸に供給される。幹線電流制御指示器は、幹線ブレーカに流れる電流値を獲得してメモリに記憶し、1分間程度先の幹線の電流値を予測する。幹線電流制御指示器は、予測にしたがい、各戸の電力制御機能付き電気機器に対し、制御命令を送信する。特許文献2では、制御命令信号は電灯線により搬送される。

0013

特許文献2の制御命令の内容は、幹線電流予測値によってレベル分けされる。それらは、「省エネ省エネルギーモード解除」、「省エネ協力依頼」、「空調温度制御実施」、「対象機器FF」である。例えば、エアコンの場合、これらの制御命令をうけると、それぞれ通常運転省エネ運転、設定空調温度変更及び停止という動作を行なえばよい。

0014

“住宅分電盤用のネットワークコントロールパワナビユニット”、[online]、東京電力、[平成22年2月17日検索]、インターネット(URL:http://www.tepco.co.jp/corporateinfo/provide/products/007-j.html)
スマートタップの機能とその応用”、[online]、京都大学研究室、[平成23年6月18日検索]、インターネット(URL:http://www.i-energy.jp/data/14-2010-9-24-symposium-demo.pdf)

先行技術

0015

特許第3402953号公報
特開2005−312210号公報

発明が解決しようとする課題

0016

非特許文献1に記載されている技術は、電気の使いすぎを検知すると、指定された電気機器の電気使用強制的に停止させるものである。この技術は、ブレーカを落とさないことを確実にするために有用ではある。しかし、電気機器を強制的に停止させるというのは、電気機器の本来の使い方ではない。そのため、電気機器を使用することに得られるはずの快適さを損ねることにつながる。

0017

特許文献1に記載されている技術も、ブレーカを落とさないことを確実にするために有用である。しかし、特許文献1に記載の技術のように、電気機器に対して電力の使用を許可しないということになると、電気機器の本来の使い方ができないことになる。そのため、非特許文献1に記載の技術と同様、電気機器により得られるはずの快適さを損ねることにつながる。

0018

特許文献2に記載されている技術も、幹線ブレーカを落とさないことを確実にするために有用である。しかし、設定空調温度を変更したり、意図しないタイミングで対象機器をオフしたりすると、電気機器の本来の機能を生かすことができなくなる可能性が高い。そのため、快適さが損ねられてしまう危険性がある。

0019

可能であれば、これら文献に記載された技術とは異なり、快適さを犠牲にすることなく、電気機器を使い続けられることが望ましい。

0020

したがって、本発明が解決しようとする課題は、電気機器の本来の機能を発揮させながら、ピーク電力負荷緩和できる電気機器管理システム、当該システムで用いられる電気機器及びそのためのコンピュータプログラム記憶媒体、中央管理装置及び当該中央管理装置の管理方法、それら中央管理装置からの指令に従い、電気機器での電力消費を制御する制御装置、並びに電気機器への電力供給の制御装置を提供することである。

0021

本発明の他の課題は、電気機器の本来の使い方を保ち、各電気機器の動作を継続しながら、電気の契約容量を超える危険性を減らすことができる電気機器管理システム、当該システムで用いられる電気機器及びそのためのコンピュータプログラムと記憶媒体、中央管理装置及び当該中央管理装置の管理方法、それら中央管理装置からの指令に従い、電気機器での電力消費を制御する制御装置、並びに電気機器への電力供給の制御装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0022

本発明の第1の局面に係る電気機器は、電力を消費して動作する制御対象物及びその電力を制御するコントローラと、制御対象物による動作の結果を反映して変化しうる外界状況に関する情報を取得するセンサと、センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、制御対象物に与えられる電力を調整するようにコントローラを制御するための制御装置と、所定の基準時間と同期するタイマとを含む。制御装置は、制御対象物が定常状態となるようにコントローラを制御可能である。電気機器はさらに、制御装置による制御が定常状態に入ったことに応答し、定常状態における周期と、定常状態を維持するために制御対象物に電力を与えるために必要な期間とを算出し通信インタフェースを介して所定の中央管理装置に与えるための送信装置と、周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で制御対象物に電力を与えることが許可される期間情報とを含む、管理装置により生成される指令を受信するための受信装置とを含む。制御装置は、受信装置から受けた指令と、タイマの出力とに基づいて、期間情報により特定される期間内の所定の時刻から制御対象物に電力を供給するように、かつセンサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、コントローラを制御するための装置を含む。

0023

この発明によれば、制御装置は、制御対象物が定常状態となるようにコントローラを制御する。制御対象物の動作はセンサが取得する情報に反映される。このセンサの出力する数値が目標範囲に入るように制御装置はコントローラを制御する。このときの周期と、定常状態を維持するのに必要な電力を制御対象物に与えるための期間とが所定の中央管理装置に送信される。所定の中央管理装置において、他の電気機器に対して与える期間を案して、この電気機器の制御対象物に電力を与える期間を定めてこの電気機器に指令を送信できる。受信装置がこの指令を受信すると、制御装置はその指令により指定される期間に制御対象物に電力を供給するようにコントローラを制御する。このときの期間は、他の電気機器と同様、所定の基準時間に同期している。その結果、この電気機器だけではなく、他の電気機器の電力消費を勘案し、電力消費が個々の電気機器によりばらばらにされる場合に生ずる不都合を回避することが可能になる。

0024

好ましくは、送信装置は、センサの出力に基づいて、制御装置による制御の状態を管理するための状態管理装置と、状態管理装置により管理されている状態が定常状態に入ったことに応答し、定常状態における制御装置による制御の周期を測定するための周期測定装置と、周期測定装置により測定された周期が目標周期に近づくように、制御装置による制御の周期を調整するための周期調整装置と、状態管理装置により管理されている状態が定常状態に入ったこと、及び周期測定装置により測定された周期と目標周期との差が所定のしきい値より小さくなったことに応答して、当該目標周期と、当該目標周期内において、定常状態を維持するために制御対象物に電力を与えるために必要な期間とを算出し通信インタフェースを介して中央管理装置に与えるための装置とを含む。

0025

より好ましくは、制御装置は、センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、制御対象物に対して与えられる電力を複数通りの値のいずれかに制御する。

0026

複数通りの値は、0と、所定の正の値との2通りであってもよい。

0027

本発明の第2の局面に係る、電気機器の中央管理装置は、各々、電力消費が周期的に変化する複数の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、受信装置が複数の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を周期内に配置するための配置装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置とを含む。

0028

受信装置が通知を受取ると、抽出装置が、同一の周期を持つ電気機器グループを抽出する。抽出されたグループに属する電気機器の各々について、電力供給許可期間がその周期内に配置される。このとき、周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるようにされる。従って、電気機器の電力供給許可期間が重複する場合と比較して合計消費電力を小さくでき、消費電力を平準化することが可能になる。

0029

好ましくは、配置装置は、第1の電気機器に与えられる期間と、第2の電気機器に与えられる期間との間に、所定の間隔を配置する。

0030

より好ましくは、配置装置は、グループ内の電気機器の消費電力と、電気機器の識別番号と、電気機器が要求する電力供給の期間とからなる機器情報を記憶するための記憶装置と、記憶装置に記憶された機器情報の内、電力供給が許可される期間がまだ周期内に配置されていないものを選択するための選択装置と、選択装置により選択された機器情報に対して電力供給が許可される電力供給許可期間を、周期内で配置可能な位置の全てに仮に配置し、そのときの、周期内に電力供給許可期間が配置されている全ての電気機器の消費電力の合計の最大値最小値との差を算出するための電力差算出装置と、電力差算出装置により算出された値が最も小さな位置に、選択装置により選択された電気機器の電力供給許可期間を配置するための装置と、選択装置、電力差算出装置、及び配置するための装置を、周期内に電力供給許可期間が配置されていない状態から、グループの全ての電気機器の電力供給許可期間が配置される状態になるまで繰返し動作させるための装置とを含む。

0031

本発明の第3の局面に係る電気機器管理システムは、ネットワークと、各々、ネットワークに接続される1以上の電気機器と、ネットワークに接続され、1以上の電気機器が協調して動作するよう、ネットワークを介して1以上の電気機器を管理するための中央管理装置とを含む電気機器管理システムである。1以上の電気機器の各々は、電力が与えられると動作する制御対象物と、制御対象物による動作の結果を反映してh根かしうる外界状況に関する情報を取得するセンサと、センサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、制御対象物に与えられる電力を制御するための制御装置と、所定の基準時間と同期するタイマとを含む。制御装置は、定常状態となるように制御対象物を制御可能である。1以上の電気機器の各々はさらに、制御装置による制御が定常状態に入ったことに応答し、定常状態における制御装置による制御の周期と、定常状態を維持するために制御対象物に電力を与えるために必要な期間とを算出し通信インタフェースを介して所定の中央管理装置に与えるための送信装置と、周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で制御対象物に電力を与えることが許可される期間情報とを含む、送信先により生成される指令を受信するための受信装置とを含む。制御装置は、受信装置から受けた指令と、タイマの出力とに基づいて、期間情報により特定される期間内の所定の時刻から制御対象物に電力を供給するように、かつセンサにより得られる数値が所定の目標範囲内に入るように、制御対象物に与えられる電力を制御するための装置を含む。中央管理装置は、1以上の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、受信装置が複数個の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を周期内に配置するための配置装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置とを含む。

0032

本発明の第4の局面に係るコンピュータプログラムは、1以上の電気機器に接続されるコンピュータにより実行されると、当該コンピュータを、各々、電力消費が周期的に変化する複数個の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、受信装置が複数個の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を周期内に配置するための配置装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置として機能させる。

0033

本発明の第5の局面に係る記憶媒体は、上記したコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体である。

0034

本発明の第6の局面に係る電気機器の管理方法は、各々、電力消費が周期的に変化する複数個の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信するための受信装置と、受信装置が複数個の電気機器から受取った通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を周期内に配置するための配置装置と、抽出装置により抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知するための通知装置とを含む、電気機器の中央管理装置の管理方法である。この方法は、受信装置が、各々、電力消費が周期的に変化する複数個の電気機器から、電力消費の周期及び電力供給を要求する期間に関する通知を受信する受信ステップと、抽出装置が、受信ステップにおいて複数個の電気機器から受取られた通知に基づき、周期が同一の電気機器からなるグループを抽出する抽出ステップと、配置装置が、抽出ステップにおいて抽出された電気機器のグループの各々について、前記周期内において電力供給を許可する電気機器の合計電力消費量がなるべく平坦となるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を周期内に配置する配置ステップと、通知装置が、抽出ステップにおいて抽出された電気機器のグループの各々に含まれる電気機器の各々について、当該グループの電力供給の周期と、当該周期内において当該電気機器への電力供給が配置された期間とを通知する通知ステップとを含む。

0035

本発明の第7の局面に係る電気機器の電力制御装置は、自己の動作の結果を反映して変化しうる環境状況に関する情報を検知するセンサを持ち、当該センサ出力に基づいて、センサ出力が所定の範囲となるように動作する機能を持つ電気機器と接続されて用いられ、電気機器の消費電力を制御するための電力制御装置である。この電力制御装置は、電気機器からのセンサ出力を受信するセンサ出力受信装置と、所定の基準時間と同期するタイマと、センサ出力受信装置の出力に基づいて、電気機器の動作が定常状態に入ったことを検知し、定常状態における周期と、電気機器が定常状態を維持するために電力の供給を受けることが必要な期間とを算出し所定の中央管理装置に送信するための送信装置と、中央管理装置からの指令を受信するための受信装置とを含む。指令は、電気機器の動作の周期を特定する周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で制御対象物をオンさせることが許可されるオン許可期間情報とを含む。制御装置はさらに、受信装置から受けた指令と、タイマの出力とに基づいて、オン許可期間情報により特定される期間内に電気機器が電力を消費するように電気機器への電力消費を規制する電力規制装置を含む。

0036

好ましくは、電力制御装置は、電気機器に電力を供給する電力線に関連して、当該電力線を介して電気機器に供給される電力を検知可能なように設けられた電力センサ部をさらに含み、電力センサ部の出力を定期的に中央管理装置に送信する消費電力送信部をさらに含む。電気機器は、外部からの所定の規格にしたがった指令に応答して自己の状態を変化させることが可能であってもよい。電力規制装置は、タイマによる計時に同期して、周期の各々について、オン許可期間の最初に電気機器がオンし、オン許可期間の最後に電気機器がオフの状態となるように、所定の規格にしたがって電気機器に指令を送信する指令送信部を含む。

0037

電力規制装置は、タイマによる計時に同期して、周期の各々について、オン許可期間の最初にオンし、オン許可期間の最後にオフする、電気機器への電力供給線内に設けられたスイッチを含んでいてもよい。

0038

本発明の第8の局面に係る電力制御装置は、自己の動作の結果を反映して変化しうる環境状況を検知し、当該環境情報が所定の条件を充足するように動作する機能を持つ電気機器と接続されて用いられ、電気機器の消費電力を制御するための電力制御装置である。この電力制御装置は、電気機器に電力を供給する電力線に関連して、当該電力線を介して電気機器に供給される電力を検知可能なように設けられた電力センサと、所定の基準時間と同期するタイマと、電力センサの出力を定期的に所定の中央管理装置に送信し、中央管理装置からの指令を受信する通信装置とを含む。指令は、電気機器の動作の周期を特定する周期情報と、当該周期情報により特定される周期内で制御対象物をオンさせることが許可されるオン許可期間情報とを含む。電力制御装置はさらに、中央管理装置から受けた指令と、タイマの出力とに基づいて、各周期ごとに、オン許可期間情報により特定される期間内では電気機器への電力供給を行ない、それ以外の期間では電気機器への電力供給を遮断する供給電力スイッチを含む。

0039

好ましくは、電力制御装置は、電源供給のためのコンセントに挿入されるプラグ部と、電気機器のプラグが挿入されるコンセント部と、プラグ部及びコンセント部の間を接続する1対の電灯線とをさらに含む。供給電力スイッチは、1対の電灯線の内いずれかに挿入されたリレーと、中央管理装置から受けた指令と、タイマの出力とに基づいて、各周期ごとに、オン許可期間情報により特定される期間内ではリレーがオンし、それ以外の期間ではリレーがオフするようにリレーを制御するリレー制御装置とを含む。

発明の効果

0040

この発明によれば、複数の電気機器が、互いに連携して動作可能になり、他の電気機器の電力消費を勘案し、電力消費が個々の電気機器によりばらばらにされる場合に生ずる不都合を回避することが可能になる。例えば、消費電力を分散し、複数の電気機器の電力供給許可期間が重複する場合と比較して合計消費電力を小さくでき、消費電力を平準化することが可能になる。

図面の簡単な説明

0041

第1の実施の形態に係る家庭内ネットワークシステムの概略構成を示すブロック図である。
ある電気機器の消費電力例を示すグラフである。
第1の実施の形態に係る家庭内ネットワークシステムを構成する電気機器(電気ヒータ)の機能的構成を示すブロック図である。
第1の実施の形態における、中央管理装置の機能的構成を示すブロック図である。
第1の実施の形態において、電気機器(電気ヒータ)の周期及び目標温度によるその変化を説明するための図である。
第1の実施の形態において、電気機器(電気ヒータ)の位相を説明するための図である。
第1の実施の形態において、電気機器(電気ヒータ)の制御信号デューティ比を説明するための図である。
第1の実施の形態において、タイミング調整、電気機器のデューティ比が0.58の場合の、各機器の消費電力及び合計消費電力の関係を説明するための図である。
第1の実施の形態において、電気機器のデューティ比が0.26の場合の、機器(1)−機器(3)の消費電力の変化と、それらの合計の消費電力の変化とを示すグラフである。
第1の実施の形態において、電気機器の周期の調整方法を説明するための模式的グラフである。
目標周期の候補を表形式で示す図である。
第1の実施の形態において、電気機器(電気ヒータ)と中央管理装置と間のプロトコルを示す図である。
(a)は電気機器(電気ヒータ)から中央管理装置へ通知される内容を示す図であり、(b)は中央管理装置から電気機器(電気ヒータ)へ送信される指令内容を示す図である。
第1の実施の形態における、現在時刻がオン許可期間中かどうかを判定する方法を説明するための図である。
従来技術における、電気機器(電気ヒータ)の内部状態遷移を示す状態遷移図である。
第1の実施の形態における、電気機器(電気ヒータ)の内部状態の遷移を示す状態遷移図である。
オンすべきタイミングが来たか動かに関する判定方法を説明するための図である。
「指令に反してまでオン継続すべき」か否かに関する判定方法を説明するための図である。
第1の実施の形態に係るシステムを構成する電気機器において、スイッチが操作されたときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
第1の実施の形態に係るシステムを構成する電気機器において、定期的に実行されるヒータ制御のためのコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
図20に示す電気機器において、STATE=1のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
図20に示す電気機器において、STATE=2のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
図20に示す電気機器において、STATE=3のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
図20に示す電気機器において、STATE=4のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
図20に示す電気機器において、STATE=5のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
電気機器からの通知を検出したときに中央管理装置が実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
第1の実施の形態における、中央管理装置のフローチャートである。
第1の実施の形態における、中央管理装置のテーブルである。
第1の実施の形態における、中央管理装置の割り当て方法の一例を示す図である。
第1の実施の形態における、コンピュータ・シミュレーションの結果(デューティ比0.32の機器を3台動作)を示す図である。
第1の実施の形態における、コンピュータ・シミュレーションの結果(デューティ比0.65の機器を3台動作)を示す図である。
第2の実施の形態における、電気機器(電気ヒータ)から中央管理装置へ通知される内容を表形式で示す図である。
第2の実施の形態における、消費電力がそれぞれ異なる場合の例を示す図である。
第2の実施の形態における、中央管理装置の割り当て方法の一例を説明するための図である。
第2の実施の形態における、中央管理装置の割り当て方法の一例を説明するための図である。
あるエアコンの消費電力の推移を示すグラフである。
第4の実施の形態における、集合住宅におけるネットワークシステムの構成を示すブロック図である。
電気機器の動作周期を中央管理装置で算出するプログラムのフローチャートである。
本発明の第5の実施の形態における家庭内ネットワークシステムの概略構成を示すブロック図である。
第5の実施の形態で用いられる、機器制御機能付の消費電力測定器外観を示す図である。
図40に示す消費電力測定器の背面側の外観を示す図である。
図40及び図41に示す消費電力測定器のブロック図である。
機器制御機能付の消費電力測定器の別の例を示すブロック図である。
本発明の第6の実施の形態で用いられる、電源スイッチング機能付の消費電力測定器のブロック図である。
図44に示す消費電力測定器において、中央制御機器から周期及びオン許可期間を含む指示を受信したときに実行されるプログラムのフローチャートである。
第7の実施の形態において使用される、リモートコントローラ機能付の消費電力測定器のブロック図である。

実施例

0042

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係るシステムについて説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの機能も同一である。従ってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

0043

[基本的考え方
図2に、ある電気機器の消費電力例を示す。ここでは、電気機器の例として、ヒータ温度制御を行なう機器を考える。ここでは、説明を分かりやすくするため、オン/オフの2値でヒータを制御するものとする。

0044

図2から判断できるように、電気機器は目標温度が与えられると以下のように動作する。温度センサによって温度を観測する。以下、観測される温度を「センサ温度」と呼ぶ。センサ温度が目標温度を下回っていればヒータ通電をオンにする。ヒータ通電をオンにするとセンサ温度が上昇する。センサ温度が目標温度に到達すると、ヒータ通電をオフにする。ヒータ通電をオフにすると、センサ温度が低下する。センサ温度が、目標温度の下限に到達すると、再びヒータ通電をオンにする。以降、センサ温度が目標温度を中心とした所定の範囲(以下、この範囲を「目標温度の範囲」と呼ぶ。)内に留まるように、ヒータ通電のオンとオフを繰返す。以下の説明では、この繰返し状態のことを、定常状態152と呼ぶこととする。スイッチが入れられてから定常状態になるまでを過渡状態150と呼ぶ。

0045

いったん定常状態152に入ると、センサ温度が目標温度の範囲内に収まっている限り、ヒータ通電のオンとオフのタイミングを多少前後させても、差し支えないはずである。つまり、そのような通電は電気機器の本来の使い方に沿ったものである。

0046

このような電気機器が複数ある場合を想定する。それぞれの電気機器が個別に動作していると、それらのピーク電力を抑えることはできない。しかし、それぞれの電気機器のオンとオフとのタイミングをある考え方にしたがい協調動作させると、ピーク電力を抑えることができる。例えば、ある電気機器を3台動作させているとき、3台とも同時にヒータ通電オンになることを防ぐことができる。

0047

家庭内には、さまざまな電気機器が存在するので、これら協調動作する電気機器とは別の電気機器をオンした直後に、ブレーカが落ちるような条件が発生してしまうかもしれない。しかし、協調動作可能な電気機器の間でなるべく使用電力を平準化させておけば、他の電気機器をオンした直後にブレーカが落ちてしまう、という危険性を減らすことできる。

0048

なお、以下の実施の形態では、電気機器として比較的消費電力量の大きなヒータを想定する。しかし本発明が電気ヒータのみに適用可能なものでないことは明らかである。電気を消費する機器全てを本発明の制御対象とすることができる。

0049

[第1の実施の形態]
第1の実施の形態では、電気機器がヒータであり、温度制御(オン/オフ制御)する機器でることを想定する。さらに、説明を理解容易なものとするために、それら同種の電気機器が複数個あって、それぞれの電気機器が同じ電力量を消費するものと仮定する。

0050

〈家庭内ネットワークシステム〉
図1を参照して、本本発明の第1の実施の形態に係る家庭内ネットワークシステムは、分電盤102、ルータ103、エアコン110、電気ヒータ111、冷蔵庫112、及び洗濯乾燥機113等と、これら電気機器を協調動作させる制御を行なうための中央管理装置101とを含む。エアコン110、電気ヒータ111、冷蔵庫112、洗濯乾燥機113は、家庭内の一般的な電気機器を例示したものであって、これらに限るものではない。電気ヒータ111、冷蔵庫112、及び洗濯乾燥機113は、いずれも分電盤102の電灯線から電源をとっている。

0051

エアコン110、電気ヒータ111、冷蔵庫112、及び洗濯乾燥機113及び中央管理装置101は、それぞれ通信インタフェース(以下「インタフェース」を単に「I/F」と呼ぶ。)122,124,126,128及び120を持つ。エアコン110、電気ヒータ111、冷蔵庫112、及び洗濯乾燥機113と中央管理装置101とは、互いにこれら通信I/Fを介して通信できる。もちろん、通信I/Fを介した通信では、送信と受信との双方を行なうことができる。以下に説明する実施の形態の各プログラムにおいて「通知」とあれば、それは送信側の装置から見れば通信I/Fを介した送信動作であり、受信側の装置から見れば受信動作である。

0052

通信I/Fの具体例として、以下が考えられる。すなわち、無線通信については、ZigBee(IEEE802.15.4)、Bluetooth(登録商標)、特定小電力無線赤外線通信無線LAN(IEEE802.11)等がある。有線通信については、PLC(Power Line Communication)、RS−485、Ethernet(登録商標)等がある。PLCに関して言えば、高速(〜200Mbps程度)のものと低速(数10kbps程度)のものがある。本発明の用途ならば低速のものでよい。例えば、HomePlug Command and Control(HomePlug C&C)という規格を用いる。PLCは、新しい配線を用意しなくて済むので、本発明の用途には好都合である。通信I/Fは、無線有線組合せたハイブリッド型通信路であってもよい。

0053

通信I/Fは上記に限らず、中央管理装置101と家庭内の電気機器とが通信できるものであればどのようなものでもよい。なお、エアコン110、電気ヒータ111、冷蔵庫112、及び洗濯乾燥機113の間で直接通信する機能は必要ではない。

0054

中央管理装置101は、通信I/F120を経由して、エアコン110、電気ヒータ111、冷蔵庫112、及び洗濯乾燥機113と通信できるものとする。中央管理装置101は、通信I/F120における、中央装置コーディネーター)の役割を持つものとする。また、中央管理装置101は、エアコン110、電気ヒータ111、冷蔵庫112、及び洗濯乾燥機113の状態を取得し、簡単な制御ができるようになっていてもよい。

0055

中央管理装置101は、高速通信I/Fで接続されたルータ103を経由して、IP網104に接続できるようになっていてもよい。IP網104と接続されていれば、遠隔地からエアコン110、電気ヒータ111、冷蔵庫112、及び洗濯乾燥機113の状態を取得し、簡単な制御ができるようになるという可能性が広がる。

0056

〈電気ヒータ111〉
以下の説明では、中央管理装置101により制御される電気機器として、電気ヒータ111を例にその構造を説明する。

0057

図3を参照して、電気ヒータ111は、電気機器制御部301、通信I/F302、入力部303、温度を測定するセンサ部304、表示部305、及びタイマ306を含む。電気ヒータ111はさらに、状態遷移を管理する状態管理部308、タイマ306に接続された時刻同期部307、及び制御対象物310を制御するコントローラ309を含む。

0058

電気機器制御部301は、具体的にはROM(Read−Only Memory)、及びRAM(Random Access Memory)内蔵の1チップマイコン(組込用途のCPU(Central Processing Unit))であり、プログラムに基づいて電気機器全体を制御する機能を持つ。

0059

通信I/F302は、具体的にはZigBee等の通信モジュールである。電気機器制御部301は、通信I/F302を経由して、中央管理装置101と通信する。

0060

入力部303は、具体的には電源スイッチ及びボタン等の入力デバイスである。入力部303は、電気ヒータ111の電源をオン/オフしたり、目標温度を入力したりするために使われる。

0061

センサ部304は、具体的には温度センサ等である。センサ部304は、現在の温度を測定して、電気機器制御部301に対して温度の測定結果を与える。この温度測定結果は、ヒータの動作結果を反映したものとなり、電気機器制御部301によりヒータの制御のために使われる。

0062

表示部305は、具体的には液晶又はLED等のからなる表示デバイスである。表示部305は、電気ヒータ111の電源状態、目標温度、及び現在の温度等を表示するために使われる。

0063

タイマ306は、具体的には水晶発振器等である。タイマ306は、時刻同期及び電気機器制御部301の制御のために使われる。

0064

時刻同期部307は、具体的には1チップマイコンで動作するプログラムである。時刻同期部307は中央管理装置101との間での、タイマの時刻同期のクライアント機能を持つ。後述するようなオン許可期間の開始時刻及び終了時刻は、各周期の先頭を0とするタイマの計時により定められる。

0065

電気機器制御部301は、通信I/F302を経由して、中央管理装置101とパケット送受信を行ない、時刻合わせ処理を行なう。すなわち、電気機器制御部301と中央管理装置101とは共通の時刻を持つ。時刻合わせ処理については、例えば、NTP(Network Time Protocol)等の従来技術を利用すればよい。

0066

状態管理部308は、具体的には1チップマイコンに内蔵された記憶装置である。状態管理部308は電気ヒータ111の状態を記憶する。電気機器制御部301は、電気ヒータ111の内部状態を状態管理部308に記憶する。電気ヒータ111の内部状態として状態管理部308が記憶する情報は、電気機器制御部301がコントローラ309に出力した指示の内容と、そのタイミングとの履歴情報を含む。履歴情報があれば、電気機器制御部301は電気ヒータ111が過渡状態であるか、定常状態であるかを判断できる。

0067

電気機器制御部301は、電気機器の内部状態を中央管理装置101へ送信する。すなわち、電気機器制御部301は、内部状態を中央管理装置101へ送信する送信装置としても機能する。また、電気機器制御部301は、中央管理装置101から動作タイミング指令を受信し、状態管理部308に記憶する。すなわち電気機器制御部301は、受信装置としても機能する。動作タイミング指令とは、電気ヒータ111においてヒータを導通させるタイミングを特定する指令である。動作タイミング指令は、周期と、オン動作を許可する期間の開始時刻及び終了時刻とを含む。

0068

コントローラ309は、具体的にはリレー等である。コントローラ309は、電気機器制御部301からの出力にしたがい、制御対象物310の通電を制御する機能を持つ。

0069

電気機器制御部301は、入力部303により入力された目標温度と、センサ部304により取得した現在の温度と、状態管理部308に記憶されている動作タイミング指令とに基づいてコントローラ309に出力を与える。

0070

制御対象物310は、電気ヒータ111の場合には、具体的にはヒータ又は金属抵抗発熱体等である。制御対象物310は、電力供給を受けて発熱する。

0071

本実施の形態において中央管理装置101により制御される電気ヒータ111は、上記した説明からもわかるとおり、通信I/F302、時刻同期部307、及び状態管理部308を除けば、一般的な電気ヒータの構成と同様の構成を持つ。

0072

〈中央管理装置101〉
図4を参照して、本実施の形態に係る中央管理装置101は、中央管理装置制御部401、通信I/F402、タイマ403、時刻同期部404、及びテーブル記憶部405を含む。

0073

中央管理装置制御部401は、具体的にはROM及びRAMを内蔵したCPUモジュールである。中央管理装置制御部401は、プログラムに基づいて中央管理装置101の全体を制御するものである。

0074

通信I/F402は、具体的にはZigBee等の通信モジュールである。中央管理装置制御部401は、通信I/F402を経由して、電気ヒータ111等の電気機器と通信する。すなわち、中央管理装置制御部401は、送信装置及び受信装置としての機能を持つ。

0075

タイマ403は、具体的には水晶発振器等である。タイマ403は、時刻同期、及び中央管理装置制御部401の制御のために使われる。

0076

時刻同期部404は、具体的にはCPUで動作するプログラムである。時刻同期部404は、時刻同期のサーバー機能を持つ。すなわち時刻同期部404は、中央管理装置101が持つ時刻を、中央管理装置101より管理される各電気機器へ通知する機能を持つ。時刻同期部404は同時に、時刻同期のクライアント機能を持っていてもよい。すなわち時刻同期部404は、IP網104(図4には図示しない。)を経由して、外部の時刻サーバーNTPサーバー)と接続し、当該時刻サーバーとの間で時刻同期をすることができる。この結果、このネットワークに接続されている全電気機器及び中央管理装置101が、いずれも所定の基準時間と同期して動作することになる。

0077

テーブル記憶部405は、具体的にはCPUモジュールに内蔵された記憶装置である。テーブル記憶部405は、電気ヒータ111等の電気機器から受信した情報と、これら電気機器に送信する情報等を記憶する。

0078

図4には図示していないが、本実施の形態における中央管理装置101は、これ以外に、Ethernet(登録商標)等の高速通信I/F、タッチパネル・コントローラ、又は液晶コントローラを備えていてもよい。高速通信I/Fがあれば、中央管理装置101は、家庭内のルータ103を介してIP網104に接続できる。

0079

本実施の形態では、中央管理装置101は単体で存在することを想定している。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。すなわち、電気機器のいずれかが中央管理装置101としての役割を持つようにしてもよい。電気機器が、中央管理装置の機能を持つことはあり得る形態である。ただし、家庭内の通信ネットワーク上においては、中央管理装置として機能する装置は1台だけである。

0080

一般的なパソコンを中央管理装置101として使用してもよい。又は家庭内にHEMS(Home Energy Management System)コントローラが存在していれば、当該HEMSコントローラを中央管理装置101として機能させてもよい。

0081

〈電気ヒータの制御方法〉
基本的な電気ヒータの制御方法については、図2に示した通りである。この制御方法においては、ヒータ通電のオンとオフとのタイミングを周期と位相という概念で捉えることができる。すなわち、ヒータ通電のオン期間とそのオン期間と隣り合うオフ期間とを合計した期間を電気ヒータ111のヒータ通電の1周期とする。位相については、様々な時点を基準にとることができる。例えば、ヒータ通電を開始した瞬間(ヒータ通電の開始時)を位相0と考えることができる。ヒータのオンとオフとのタイミングを変えるということは、ヒータ通電の周期と位相とを変えることに相当する。

0082

図5を参照して、電気ヒータの周期と位相との関係について説明する。図5(A)は、目標温度を25℃±0.5℃に設定した時の、ヒータ通電時間と室温とに関するシミュレーション結果である。図5(B)は、目標温度を25℃±1.0℃に設定した時の同様のシミュレーション結果である。図5(C)は、目標温度を25℃±1.5℃に設定した時の同様のシミュレーション結果である。

0083

図5(A)、(B)及び(C)を参照すると、いずれの場合もスイッチがオンとなった当初は室温は低い。しかしヒータ通電を続けてある程度の時間がたつと室温は目標温度近くになる。するとヒータ通電はオンとオフとを一定の周期で繰返すようになる。これが定常状態である。これに対し最初にスイッチオンされた時点から定常状態となるまでの状態は過渡的なものである。この状態を過渡状態と呼ぶ。図5(A)−(C)から、目標温度の範囲を調整することで、定常状態になったときのヒータ通電のオンとオフとの周期が変わることがわかる。周期を長くしたい場合は、目標温度の範囲を広げるのがよい。逆に、周期を短くしたい場合は、目標温度の範囲を狭めるのがよい。一般的に言えば、目標温度の範囲を調整することで、周期を変えることができる。しかし、周期をどこまで変更できるかについては、ハードウェアの特性及びユーザの要求によっても異なる。したがって可能な周期の範囲は実装依存となる。

0084

図6を参照して、電気機器(電気ヒータ)の位相について説明する。先ほど述べたように、ヒータ通電オンを開始した瞬間を位相0と考えることができる。図6から容易に分かるように、室温が目標温度の範囲内に収まっている限り、ヒータ通電をオンするタイミング、オフするタイミングを早めることは可能である。

0085

図6(B)を参照して、ヒータ通電がオンになっている期間をTon、オフになっている期間をToffとする。すると周期はTon+Toffと表すことができる。ヒータ通電を制御する信号のデューティ比は、1周期におけるオン期間の割合なので、Ton/(Ton+Toff)で表せる。図6(B)に示すようにある電気機器のオン期間とオフ期間とを波形で表したときに算出されるこのデューティ比を、本明細書ではその電気機器のディティ比と呼ぶ。

0086

図7を参照して、目標温度の範囲を変化させたときの、電気機器のデューティ比について考察する。図7(A)に、目標温度の上限を2種類設定した場合の、センサ温度の時間経過の例を示す。実線が第1の目標温度上限で、点線が第2の目標温度上限である(ただし第1の目標温度上限<第2の目標温度上限である。)。図7(A)に示すとおり、目標温度上限が低い(目標温度幅が狭い)ときのセンサ温度420は、目標温度上限が高い(目標温度幅が広い)ときのセンサ温度422より早く上限に達する。そのため、ヒータ通電は早い時期にオフし、センサ温度が低下し始める。

0087

図7(B)と図7(C)とは、それぞれ、第1の目標温度上限と第2の目標温度上限とが設定されたときのヒータ制御430及び432を示す。これらから分かるように一般的には、センサ温度が目標温度上限に到達するまでヒータ通電オンを継続し、目標温度上限に到達するとそれ以降はヒータ通電オフにする。

0088

温度上昇スピード(傾斜)と温度下降のスピード(傾斜)とがほぼ変わらないとすると、図7(A)から明らかなように、2つの山は相似三角形となる。つまり、目標温度の範囲を少しだけ変えても、デューティ比はほぼ変わらない、と考えてよい。

0089

さて、ここで、複数の電気機器のオン/オフ・タイミングをどのように調整すると、どのようにピーク電力がおさえられるかを考察する。どれだけピーク電力がおさえられるかは、それぞれの電気機器のデューティ比に依存する。

0090

図8に、デューティ比が0.58の電気機器が3台ある場合を説明する。図8(A)、図8(B)、及び図8(C)はそれぞれ、機器(1)、機器(2)、及び機器(3)の通電のオン/オフ・タイミングの例を示す。この例では、具体的には、機器(1)がオフになった直後(時刻452、456、460等)に機器(2)がオンとなるように、また、機器(2)がオフになった直後(時刻450,454,458等)に機器(3)がオンとなるように、それぞれのオン/オフ・タイミングを調整する。すると、機器(1)〜機器(3)の合計消費電力は、図8(D)に示すようになる。図8(D)から明らかなように、この例では、どの時刻にも少なくとも1台の機器はオンになっている。2台が同時にオンになる期間も生じている。しかし、同時に3台とも同時にオンすることはない。

0091

図8に示す例では、機器(1)‐機器(3)のデューティ比の合計は、0.58+0.58+0.58=1.74である。一般的に、制御される電気機器のデューティ比の合計が1を超えると、2台とも同時にオンになる期間が生じる。また、デューティ比の合計が2以下ならば、3台とも同時にオンになる期間を避けることができる。

0092

図9に、デューティ比が0.26の電気機器が3台ある場合を示す。図9(A)、図9(B)、図9(C)はそれぞれ、機器(1)、機器(2)、及び機器(3)のオン/オフ・タイミングを示す。この例では、具体的には、機器1がオフになると(時刻486等)直後に機器2がオンとなるように、また、機器2がオフになると(時刻480,488等)直後に機器3がオンとなるように、各機器のオン/オフ・タイミングを調整する。すると、機器(1)‐機器(3)の合計消費電力は、図9(D)に示すようになる。図9(D)から明らかなように、この例では2台が同時にオンになることはない。時刻482から時刻484の間等のように、機器が1台もオンしていない期間も生じる。

0093

この例では、デューティ比の合計は、0.26+0.26+0.26=0.78である。一般的に、デューティ比の合計が1以下であれば、2台とも同時にオンになる期間の発生を避けることができる。

0094

以上の考察を一般化すると、機器がN台あって、それぞれの機器のデューティ比をdi(i=0…N−1)として、

0095

となる正整数Mがあれば、M台が同時にオンになる期間はあるが、M+1台が同時にオンになる期間が生じることはを避けることができる。

0096

各機器を動作させるタイミングについては、機器に順番を設けて、機器(k)がオフになると直後に機器(k+1)がオンとなるようにタイミングを調整すればよい(k=1・・・N)。

0097

次に消費電力について考察する。電気機器(電気ヒータ)の、ヒータ通電オフ時の消費電力をPoff、ヒータ通電オン時の消費電力をPonとする。この電気機器がN台あり、定常状態でその内M台がオン、N−M台がオフのとき、全体の消費電力は、以下の式(2)で表せる。

0098

具体例を1つ挙げる。デューティ比0.58、モータ制御オフ時の消費電力が2W、ヒータ通電オン時の消費電力が800Wの機器を5台動作させているものとする。デューティ比の合計は0.58*5=2.9≦3である。したがって、同時にヒータ通電オンする機器は3台までに抑えられる。すなわち、消費電力を3*800W+(5−3)*2W=2404Wに抑えられる。

0099

これに対し、それぞれの機器を独立して動作させると、5台が全てオンとなることがあり得る。すなわち、ピークの消費電力が5*800W=4000Wとなる可能性がある。

0100

さて、上記の考察は、電気機器の周期が一致していることを前提としている。周期が異なる電気機器を組合せて協調動作させることはできないからである。従って、本実施の形態において制御される電気機器は、定常状態における周期を調整できる能力を持つものとする。

0101

図10に、電気機器の周期の調整方法を示す。周期は、先程述べたように、目標温度の範囲を狭めたり、または、広げたりすることで調整できる。図10を参照して、ヒータ通電のオフ→オン→オフするタイミングをそれぞれt1→t2→t3とする。目標温度をtarget_temp、目標温度に対する許容誤差をdiff_temp(>0)で表す。すると、次の式(3)が目標温度の範囲である。

0102

図10を参照して、時刻t3(センサ温度のグラフで 点500)で、それまでの周期(=t3−t1)が分かる。したがって、目標周期(Tpとする)が与えられたとき、このタイミングで周期を調整すべきかどうかを判断する。具体例としては、周期が目標周期Tpと比べて例えば3%以上ずれていれば、周期を調整すべきであると判断する。このとき、目標温度の範囲diff_tempを次の式により新たな範囲new_diff_temp(>0)とすることで周期を調整する。

0103

式(4)からわかるように、周期を長くする場合は、新しい許容誤差(new_diff_temp)を従来の許容誤差(diff_temp)より大きくする。周期を短くする場合は、新しい許容誤差(new_diff_temp)を従来の許容誤差(diff_temp)より小さくする。

0104

図10に示す時刻t3で、許容誤差を変更して、従来通りの制御を行なう。この操作により周期が変化する。その後のヒータ通電のオフ→オン→オフするタイミングをそれぞれt1’→t2’→t3’とする。ここで時刻t2’及びt3’はそれぞれ、センサ温度が許容範囲の下限及び上限に達した時点(センサ温度のグラフの点502及び504で表される)である。これに対し時刻t1’は、時刻t3から次の式(5)又は(6)により求められるものであり、図10では、点502から点500への線分延長し、新たな上限温度と交わる点506に対応する時刻である。時刻t1’を時刻t3と同じにしてはいけない。

0105

このようにして時刻t1′を算出することは、新しい許容誤差に基づいて新たな周期を正しく測定するために必要である。

0106

図10を参照して、時刻t3’で、再度、周期(=t3’−t1’)と目標周期を比べる。周期が目標周期に十分近づいたと判断されるまで上記処理を繰返す。

0107

目標周期をどのような値に設定するかは、電気機器によっても異なる。しかし、いくつかの候補の中から選べるようにしておくのが良い。図11に目標周期の候補を示す。各電気機器は図11のような候補の中から最適な目標周期を選択するものとする。具体的には、各電気機器が自然に動作したときの周期に近い値を目標周期に選ぶ。又は、電気機器によっては、目標周期をあらかじめ定義していても良い。

0108

図12に、電気機器と中央管理装置101との間の通信のプロトコルを示す。ここでは、中央管理装置101により制御される電気機器として電気機器540及び542を考える。

0109

本実施の形態では、電気機器540及び542は、定常状態における周期が目標周期に十分近づいた場合、その周期と定常状態の維持に必要なオン期間とを中央管理装置101へ通知する(通知560、580及び600)。

0110

中央管理装置101は、電気機器540及び542から通知を受けると、テーブルを更新する(ボックス562、582及び602)。テーブルには、各電気機器の識別番号と、周期及び必要なオン期間とが格納される。

0111

中央管理装置101は、周期が一致している電気機器を対象に、それらの電気機器の動作するタイミングを決定する。ここでは、電気機器540と542との周期が一致しているものとする。中央管理装置101は、各電気機器540及び542に対して、動作タイミングの指令を送信する(通知564、584、604及び606)。動作タイミングの指令は、周期と、オン動作を許可する期間の開始時刻及び終了時刻とを含む。テーブルには、さらに、中央管理装置101が過去に送信した動作タイミングの指令も含めておく。過去に送信したのと同じ内容の動作タイミングの指令であれば、再度同じ電気機器に送信する必要はないためである。

0112

電気機器540及び542は、動作タイミングの指令を受信すると、その指令を参考にして動作を決定する。各電器機器は、指令により定められるオン動作許可期間内にオン動作し、オン許可期間外にはオフ動作することが望ましい。ただし、センサ温度を目標温度の範囲内に維持することを優先するため、指令に従わないこともある。なお、オン動作許可期間とは、すなわちヒータに対する通電が許可された期間のことである。

0113

図13(A)を参照して、電気機器(電気ヒータ)から中央管理装置への通知は、状態(status)、周期(period_msec)、及びオンを要求する時間(on_required_msec)を含む。

0114

図13(B)を参照して、中央管理装置から電気機器(電気ヒータ)へ送信される指令は、周期(period_msec)、オンを許可する開始時間(on_start_msec)、及びオンを許可する終了時間(on_end_msec)、を含む。

0115

オンを許可する開始時間(on_start_msec)とオンを許可する終了時間(on_end_msec)は、周期の中の相対時間で表される。例えば、周期(period_msec)を1分、オン許可開始時間(on_start_msec)が10秒、オン許可終了時間(on_end_msec)が35秒、という設定は、毎分10秒から35秒までの間はオン許可されることを意味する。

0116

on_start_msec>on_end_msecである場合もある。例えば、オン許可開始時間(on_start_msec)が45秒、オン許可終了時間(on_end_msec)が10秒、のように設定されている場合を想定する。この場合、毎分45秒から次の分の10秒までの間は、オン許可されることを意味する。

0117

なお、本実施の形態では、中央管理装置101から電気機器(電気ヒータ)へ送信される指令の内、周期(period_msec)と、オンを許可する終了時間(on_end_msec)は省略してもよい。なぜなら、電気機器(電気ヒータ)は、周期(period_msec)を既に知っているし、また、オンを許可する終了時間(on_end_msec)を計算できるからである。

0118

オンを許可する終了時間(on_end_msec)は、次式で計算できる。

0119

なお本明細書では、式中の記号「%」は剰余を求める演算子である。例えば「a%b」はaをbで割った余りを意味する。

0120

中央管理装置101と、各電気機器との間では、共通の時刻があることが前提である。この共通時刻の管理は、時刻同期部307によって行なわれる。例えば電気ヒータ111の電気機器制御部301は、時刻同期部307から現在時刻を取得する。

0121

電気機器は、現在時刻が与えられたとき、その時刻が周期のどこに位置するかをつぎのように判定する。

0122

現在時刻をh時m分s秒milliミリ秒とする。1日周期のミリ秒単位時間(nt)は次の式(7)により表され、この時間ntを周期で割った余り(nt_msec)が、周期中の相対的な現在時刻となる。

0123

現在時刻がオン許可期間中かどうかを判定する方法を説明する。ここでは、オン許可開始時間と、オン許可終了時間の位置関係によって、2通りあることに注意する。

0124

図14(A)を参照して、on_start_msec<on_end_msecの場合、次の式が成立すればオン許可期間中であると判定され、それで無ければオン許可期間外と判定される。

0125

ただし、演算子「&&」は論理積を意味する。オン許可期間中ならば、オン期間の残り時間(on_remain)も次の式(9)により求める。オン期間外ならば、次にオンになるまでの時間(on_expect)を次の式(10)により求める。

0126

図14(B)を参照して、on_start_msec>on_end_msecの場合、次の条件が成立すればオン許可期間中、さもなければオン期間外と判定される。

0127

ただし、演算子「||」は論理和を意味する。オン許可期間中ならば、オン期間の残り時間(on_remain)次の式(11)により求める。オン許可期間外ならば、次にオンになるまでの時間(on_expect)を次の式(12)により求める。

0128

図15を参照して、本実施の形態と比較するために、従来技術における電気機器(電気ヒータ)の内部状態の遷移図を示す。従来の電気機器の内部状態には、停止状態620、ヒータ通電オン状態622、及びヒータ通電オフ状態624の3つがある。初期値は停止状態である。本明細書及び図面中で電気機器の内部状態を表すために状態変数STATEを用いる。状態変数STATEの値は内部状態により変化する。

0129

図15を参照して、停止状態620(STATE=0)の時に、スイッチオンされれば、ヒータ通電をオンにして、ヒータ通電オン状態622(STATE=1)に移行する。ヒータ通電オン状態622で、センサ温度が目標温度上限を上回ったことを検出すると、ヒータ通電をオフにして、ヒータ通電オフ状態624(STATE=2)に移行する。ヒータ通電オフ状態624でセンサ温度が目標温度下限を下回ったことを検出すると、ヒータ通電をオンにして、ヒータ通電オン状態622に移行する。ヒータ通電オン状態622またはヒータ通電オフ状態624の時に、スイッチオフされれば、ヒータ通電をオフにして、停止状態620(STATE=0)に移行する。

0130

図16に、本実施の形態に係る電気機器(電気ヒータ)の内部状態の状態遷移図を示す。ここでも、図15の場合と同様の状態変数STATEを用いると、電気機器の内部状態としては、停止状態650(STATE=0)、ヒータ通電オン状態A652(STATE=1)、ヒータ通電オフ状態A654(STATE=2)、ヒータ通電オン状態B656(STATE=3)、ヒータ通電オフ状態B658(STATE=4)、及びヒータ通電オン状態C660(STATE=5)の6つがある。

0131

これら状態の内、ヒータ通電オン状態A652、ヒータ通電オフ状態A654、及びヒータ通電オン状態B656は過渡状態とみなすことができる。ヒータ通電オフ状態B658、及びヒータ通電オン状態C660は定常状態とみなすことができる。

0132

本実施の形態に係る電気機器の基本動作は、従来技術と同じである。さらに、本実施の形態に係る電気機器では、以下のような動作を行なう。

0133

ヒータ通電オン状態B656のときに、センサ温度が目標温度上限を上回ったことを検出すると、直前の周期が目標周期に十分近いかどうかを判定する。十分近ければヒータ通電オフ状態B658へ移行する。(パス2)そうでなければ、ヒータ通電オフ状態A654へ戻る。(パス1)

0134

ヒータ通電オフ状態B658の時に、センサ温度が目標温度下限を下回ったことを検出すると、ヒータ通電をオンにして、ヒータ通電オン状態C660に移行する。(パス3)

0135

ヒータ通電オン状態C660の時に、センサ温度が目標温度上限を上回ったことを検出すると、ヒータ通電をオフにして、ヒータ通電オフ状態B658に移行する。(パス4)直前の周期が目標周期と十分近くなくなれば、ヒータ通電オフ状態A654へ戻る。(パス5)

0136

実際には、パス3、パス4、及びパス5を経由するときの条件は、もう少し複雑である。中央管理装置101から動作タイミング指令が来るからである。詳細については、図19から図25までのフローチャートで説明する。

0137

図17を参照して、ヒータ通電オフ状態B658からヒータ通電オン状態C660への移行が起こる条件の一つである「オンすべきタイミングが来た」について説明する。説明を分かりやすくするために、現在は、ヒータ通電オフ状態であって、オン許可期間中であるとする。現在がオン許可期間中であるからと言って、必ずしもオンにしなければならないわけではない。本実施の形態では、温度が目標温度の上限を上回っていれば、常にヒータ通電をオフにする。センサ温度を目標温度の範囲内に収めることが、指令よりも優先されるからである。しかし、オン許可期間外にオンすることがないように、オン許可期間が終了するタイミングで、なるべく温度を高く維持しておくべきである。そこで、オン許可終了時間に、センサ温度が目標温度の上限近くなるように制御する。

0138

図17(A)を参照して、現在の状態を現在地点700で示す。現在時刻は、図17(A)の下部に示すようにnt_msec(オン許可期間中)であり、このオン許可期間は時刻on_end_msec(オン期間終了時間)で終了するものとする。現在地点700からヒータ通電オンを始めたと仮定したときに予測される、オン期間終了時間on_end_msecでの温度を温度予測702で示す。

0139

一般的に、将来(オン期間終了時間)における温度future_room_tempは以下の式(13)で予測される。

0140

future_room_temp=room_temp+on_remain*up_rate (13)
ただし、room_tempは現在のセンサ温度を示し、on_remainはオン期間の残り時間を示し、up_rateは温度上昇速度を示す。温度上昇速度up_rateは、過去の実績を基に算出しておく。

0141

予測温度future_room_tempが目標温度の上限以下であれば、現在地点700はオンすべきタイミングであると判定する。こうすることで、オン許可期間の終了時刻の温度が目標温度の上限とほぼ一致するようにできる。この結果、オフ期間において温度が低下しても目標温度の下限を下回る可能性を低くできる。

0142

例えば、図17(B)に示す例で、時刻720が図17(A)に示すオン許可期間内であるものとする。時刻720で予測される、オン期間の終了時点での将来温度は、目標温度上限TT(H)より高くなる。したがって時刻720ではオンすべきタイミングではなく、ヒータ通電オン状態C660への遷移は生じない。一方、図17(B)の時刻722でオン終了時刻での温度を予測すると、時刻724で示されるように目標上限温度TT(H)以下となっている。したがって時刻722でヒータ通電オフ状態B658からヒータ通電オン状態C660への遷移が起こる。その結果、オン期間の終了時刻(on_end_msec)での温度は目標温度上限TT(H)以下となっているであろう。

0143

以上から、ヒータ通電のオン期間728は時刻722から時刻724までとなる。

0144

一方、ヒータ通電オン状態C660からヒータ通電オフ状態B658への遷移が生ずる条件の一つとして、「指令に反してまでオン継続すべき」という条件がある。以下、この条件の意味について図18を参照しながら説明する。説明を分かりやすくするために、図18(A)に示す現在時点750では、ヒータ通電オン状態であって、かつオン許可期間外であるとする。現在がオン許可期間外であるからと言って、オンしてはいけないわけではない。本実施の形態では、温度が目標温度の下限を下回っていれば、常にヒータ通電をオンにする。センサ温度を目標温度の範囲内におさめることが、指令よりも優先されるからである。しかし、オン許可期間外にオンを継続するのは最小限にとどめておくべきである。そこで、次のオン許可開始時間まで、センサ温度が目標温度の下限を下回らないように、以下のような制御を行なう。

0145

図18(A)を参照して、現在地点Aでヒータ通電オフしたと仮定したときの、次のオン許可期間756のオン許可開始時間における温度予測752(future_room_temp)を以下の式(14)で予測する。

0146

future_room_temp=room_temp+on_expect*down_rate (14)
ただし、room_tempは現在のセンサ温度を示し、on_expectは次にオンになるまでの時間を示し、down_rateは温度下降速度を示す。温度下降速度down_rateは、過去の実績を基に算出しておく。

0147

電気ヒータ111の電気機器制御部301は、図18(A)に示される温度予測752future_room_tempが目標温度の下限以下であれば、指令に反してまでオン継続すべき、と判定する。そうでなければ電気機器制御部301はオンを継続すべきではないと判定する。

0148

具体的には、図18(B)に示すように、時刻770で通電オフすることを想定して、次のオン許可開始時間における温度予測772を予測し、その温度が目標温度下限を下回れば、オン許可期間外であってもオンを継続する。こうした予測を繰返し、例えば時刻774で通電オフすることを想定したときの温度予測776が目標温度下限TT(L)を上回ったときにヒータ通電をオフする。その結果、この場合、ヒータ通電オン期間780は、時刻774で終了する。次のオン許可期間756の開始時間(on_start_msec)でのセンサ温度は、目標下限温度TT(L)を上回っているであろう。

0149

<電気機器制御部301の制御>
以上説明したように電気ヒータ111を制御するため、電気機器制御部301は次のような制御構造を持つプログラムを実行する。なお、以下の説明は、電気ヒータ111の制御に関するものであるが、同様の制御構造を持つプログラムにより、種々の装置を制御できることはいうまでもない。

0150

電気ヒータ111を制御するプログラムは、大きく分けて3つある。第1は、スイッチが操作されたときに発生する割込信号により起動されるスイッチ割込プログラムである。第2は、タイマにより定期的に実行されるヒータ制御プログラムである。状態変数STATEは、以下に述べるようにこれらプログラムで共通に参照される。第3は、電気ヒータ111で何らかのイベントが発生したときに実行されるプログラムである。

0151

《スイッチ割込プログラム》
図19を参照して、スイッチ割込プログラムは、スイッチが操作されるたびに生ずる割込により起動され、状態変数STATEの値が0であるかどうかを判定するステップ800と、ステップ800の判定が肯定のときに実行され、スイッチ操作がスイッチオン操作か否かを判定するステップ802と、ステップ802の判定が肯定のときに実行され、ヒータ通電をオンするステップ804と、ステップ804に続き、状態変数STATEに1を代入して処理を終了するステップ806とを含む。ステップ802の判定が否定なら処理は終了する。

0152

このプログラムはさらに、ステップ800の判定が否定のときに実行され、操作がスイッチオフか否かを判定するステップ808と、ステップ808の判定が肯定のときに実行され、ヒータ通電をオフするステップ810と、状態変数STATEに0を代入して処理を終了するステップ812とを含む。ステップ808の判定が否定なら処理は終了する。

0153

《ヒータ制御プログラム》
図20を参照して、タイマにより定期的に実行されるヒータ制御プログラムは、センサ温度TSを測定するステップ830と、ステップ830に続き、状態変数STATEの値により処理を分岐させるステップ832と、状態変数STATEの値が1,2,3,4,5のときにそれぞれ実行されるステップ834,836,838,840及び842とを含む。状態変数STATEの値が0のとき、及びステップ834,836,838,840及び842の処理の終了後、このヒータ制御プログラムの実行は完了する。ヒータ制御プログラムは、例えば、1秒おきに実行される。

0154

(1)状態変数STATE=0のとき
このときは、何も処理は行なわれない。

0155

(2)状態変数STATE=1のとき
図20のステップ834の処理が実行される。具体的には、図21を参照して、センサ温度TSが目標温度上限TT(H)を上回るか否かを判定する(ステップ870)。判定が肯定なら、ステップ872でヒータ通電をオフし、ステップ874で状態変数STATEに2を代入して処理を終了する。ステップ870の判定が否定なら処理を終了する。

0156

(3)状態変数STATE=2のとき
このときは、図22を参照して、ステップ900で状態変数STATEが目標温度下限TT(L)を下回るか否かを判定する。判定が肯定ならステップ902でヒータ通電をオンし、ステップ904で状態変数STATEに3を代入して処理を終了する。ステップ900での判定が否定なら何もせず処理を終了する。

0157

(4)状態変数STATE=3のとき
図23を参照して、ステップ920で、センサ温度TSが目標温度上限TT(H)を上回るか否かを判定する。判定が否定なら処理を終了する。判定が肯定ならステップ922でヒータ通電をオフし、ステップ924でその直前の周期Pを算出する。周期は、電気機器の制御履歴情報等に基づいて容易に算出できる。目標周期をPTとする。続いてステップ926で周期Pと目標周期PTとの差の絶対値が所定のしきい値PTHより小さいか否かを判定する。判定が肯定なら、ステップ928でこの周期Pと、この周期を維持するために必要なオン期間とを中央管理装置101に通知する。続いてステップ930で状態変数STATEに4を代入して処理を終了する。ステップ926の判定が否定なら、ステップ932で電気ヒータ111の周期を目標に合わせる(目標範囲を変更する)。具体的な手段は、図10で説明したとおりである。続くステップ934で状態変数STATEに2を代入して処理を終了する。

0158

(5)状態変数STATE=4のとき
図24を参照して、ステップ950でセンサ温度TSが目標温度下限TT(L)を下回るか否かを判定する。判定が肯定ならステップ952でヒータへの通電をオンし、ステップ954で状態変数STATEに5を代入して処理を終了する。

0159

ステップ950の判定が否定の場合、さらにステップ966で現在時刻がオン期間中か否かを判定する。判定が肯定であればステップ968でセンサ温度TSが目標温度TTを下回っているか否かを判定する。判定が肯定であれば制御はステップ952に進み、先に述べた処理を行なう。判定が否定であればステップ970でさらに現在がオンすべきタイミングか否かを判定する。この判定の実質的内容については既に述べたとおりである。判定が肯定なら制御はステップ952に進む。否定であれば何もせず処理を終了する。

0160

ステップ966での判定が否定であれば、ステップ972でオン許可期間外か否かを判定する。本実施の形態では、ステップ972の判定結果にかかわらず、何もせずに処理を終了する。

0161

(6)状態変数STATE=5のとき
図25を参照して、このときには、ステップ1000でセンサ温度TSが目標温度上限TT(H)を上回るか否かを判定する。判定が肯定であればステップ1002でヒータへの通電をオフする。続くステップ1020‐ステップ1030の処理は、図23に示すステップ924‐ステップ934の処理と同じである。

0162

一方、ステップ1000の判定が否定の場合、ステップ1008で現在時刻がオン許可期間中か否かを判定する。判定が肯定であれば何もせず処理を終了する。判定が否定なら、ステップ1010でさらに現在がオン許可期間外か否かを判定する。判定が否定なら何もせず処理を終了する。判定が肯定ならステップ1012でセンサ温度TSが目標温度TTを下回ったか否かを判定する。判定が否定なら制御はステップ1002に進み、前述した処理を行なう。判定が肯定ならステップ1014でさらに指令に反してもオンすべきか否かを判定する。判定が肯定なら何もせず(オンを継続したまま)処理を終了する。判定が否定ならステップ1002以下の処理を実行して処理を終了する。

0163

<中央管理装置101の制御>
中央管理装置101の処理には2つある。第1は電気機器から通知を受けた場合に開始する処理である。このときの処理を図26に示す。第2はタイマ駆動によって定期的に実行される処理である。このときの処理を図27に示す。

0164

《通知を受けた場合の処理》
図26を参照して、電気ヒータ111等の電気機器からの通知を処理するプログラムは、中央管理装置101が電気機器の管理のために維持するテーブルを更新するステップ1052と、ステップ1052の更新の結果、テーブルを参照して、周期が同じになる電気機器をグループ化し、各電器機器の動作タイミングを決定するステップ1054と、ステップ1054で決定された動作タイミングを含む指令を各電気機器に送信して処理を終了するステップ1056とを含む。

0165

ステップ1052のテーブル更新では、受信した内容により特定される電気機器に関するエントリを保存する。電気機器には、予め識別番号が割当てられている。この識別番号で各電気機器に対応するエントリを特定する。既に同一の識別番号のエントリがあればそのエントリを更新する。まだその識別番号のエントリがなければエントリを追加する。

0166

ステップ1054での動作タイミングの決定方法については後述する。

0167

ステップ1056では、各電気機器に動作タイミングを含む指令を送信するが、前回送信内容と同じ指令であれば送信する必要はない。そのため、中央管理装置101は、ステップ1056で送信した内容については記憶装置に記憶しておく。

0168

《タイマ駆動による処理》
図27を参照して、タイマにより定期的に起動されるプログラムは、以下のような制御構造を持つ。タイマ駆動の間隔は設計事項に属するが、1秒程度で十分である。ステップ1082において、電気機器の管理のために中央管理装置101に記憶されているテーブルからエントリを取出す。当該エントリについて、ステップ1084においてタイムアウトすべきかどうかを判断する。ここでいうタイムアウトとは、当該エントリに対応する電気機器から最後に通知を受けてから所定時間を経過したエントリをテーブルから削除する処理のことをいう。このため、このテーブルの各エントリには、電気機器から最後に通知を受信した時刻を記録しておく。通常、電気機器からは定期的に最新の情報が送られてくる。しかし、突然、電気機器がアンプラグされてしまうこともある。そのような場合に、テーブルにずっと古い情報が残っているのは良くない。したがって電気機器から通知がなく所定時間を経過したらタイムアウトすべきである。ステップ1084では、エントリに記録されている最新応答時刻が、現在時刻よりも所定時間以上古ければ、タイムアウトすべきであると判定する。

0169

ステップ1084での判定が肯定であれば、ステップ1086でそのエントリをテーブルから削除する。

0170

ステップ1084での判定が否定のとき、及びステップ1084での判定が肯定でステップ1086の処理が完了したときには、ステップ1088でテーブルに次のエントリがあるか否かを判定する。判定が肯定であれば制御はステップ1082に戻る。判定が否定であればこの処理を終了する。

0171

テーブル構成
図28に、中央管理装置101により維持されるテーブルの例を示す。図28を参照して、このテーブルには、各電気機器の状態が記録されている。中央管理装置101は、このテーブルを常に最新の状態に維持しなければならない。テーブルの各エントリには、各電気機器の識別番号、最新応答時刻、機器状態、周期、及び要求されたオン時間が含まれる。これら項目は、各電器機器から中央管理装置101が受信した情報(通知)に基づいて更新される。このテーブルの各エントリは、さらに、中央管理装置101が各電気機器に割当てたオン期間の開始時刻と終了時刻を含む。

0172

中央管理装置101は、このテーブルを参照して、周期が同じ電気機器を抽出しグループ化する。中央管理装置101はさらに、グループ化の結果に基づき、同じグループに属する電気機器間の動作タイミングを既に述べた方針にしたがって決定する。すなわち、ある装置のオン期間が終了するタイミングで別の装置のオン期間が開始するように、各電気機器の動作タイミングを決定する。

0173

例えば、図28において、機器識別番号2、5、及び9に対応するエントリの周期はいずれも60000[ms]である。各機器が要求しているオン時間は、それぞれ25000[ms]、30000[ms]、及び25000[ms]である。

0174

中央管理装置101により決定される、これらの機器の動作タイミングの例は以下のようなものである。

0175

テーブル1に示す例では、ある機器のオン期間と別の機器のオン期間との間にマージンとして、1500msを設けている。例えば識別番号=2の機器のオン期間の終了時間(25000[ms])と識別番号=5の機器のオン期間の開始時間(26500[ms])との間には、1500msのマージンがある。このマージンは、識別番号=2の機器がオフするタイミングと、識別番号=5の機器がオンするタイミングが逆転しないようにするために設ける。

0176

図29を参照して、中央管理装置101により行なわれる、各機器のオン周期割当方法の一例について説明する。ここでは、周期が同じである機器(1)〜機器(8)があって、それぞれ要求するオン期間があるとする。要求するオン期間は異なっていても同じでもよい。

0177

この場合、中央管理装置101は、図29(A)に示すように、仮想時間軸上に、機器(1)〜機器(8)により要求されるオン期間を順に配置していく。前述のとおり、ある機器のオン期間と、もう1台の機器のオン期間との間には、多少のマージンを持たせるのがよい。

0178

こうして機器(1)〜機器(8)を順に配置する際に、電気機器のオン期間の内で1周期分の長さを超えた部分については次の周期に移動する。これを繰返す。実際には、電気機器の周期を積算していった値を周期で割り、その余りを計算するだけである。

0179

図29に示す例では、機器(1)と機器(5)とが同時にオンする期間があることが分かる。同様に機器(5)と機器(2)、機器(2)と機器(6)、機器(6)と機器(3)、機器(3)と機器(7)等も同時にオンする期間を持つ。

0180

本実施の形態では、新しく機器が追加された場合は、最後尾の機器の後ろにオン期間を配置する。既存の機器(これを機器(K)とする。)が削除された場合は、仮想時間軸上で機器(K)のオン期間を削除し、機器(K+1)以降の機器のオン期間を前に詰める。スケジューリングが変更された機器K+1以降の機器について、動作タイミング指令を送信する。既存の機器(機器(K)とする。)のオン期間が変更になった場合は、仮想時間軸上で機器(K)のオン期間を変更し、機器(K+1)以降の機器のオン期間を前後にずらす。スケジューリングが変更された機器(K)と、機器(K+1)以降の機器とに対して、動作タイミング指令を送信する。

0181

図30及び図31に、本実施の形態に係るシステムをコンピュータによりシミュレーションした結果を示す。これらは、互いに同じ周期(60秒)で、同じ台数の機器を、異なるデューティ比(図30の場合は0.32、図31の場合は0.65)で動作させたときの結果である。

0182

図30を参照して、周期60秒、デューティ比0.32、の機器を3台動作させたとき、過渡状態1100においては、3台同時に動作することがある。しかし定常状態1102においては、各機器が協調して動作して、同時に2台がオンすることを防ぐことができている。すなわち定常状態1102では、どの時点をとってもたかだか1台の機器しかオンしていない。

0183

図31を参照して、周期60秒、デューティ比0.65、の機器を3台動作させたとき、過渡状態1120においては、3台同時に動作することがある。しかし定常状態1122においては、各機器が協調して動作して、同時に3台がオンすることを防ぐことができている。すなわち、定常状態1122では、どの時点をとってもたかだか2台の機器しかオンしていない。

0184

以上のように、各電気機器を協調して動作させることで、定常状態における電力使用量の合計を抑えることができる。

0185

[第2の実施の形態]
この第2の実施の形態に係るシステムは、電気機器がヒータのような温度制御(オン/オフ制御)する機器であって、各電気機器が異なる電力量を消費することまで考慮したシステムである。以下の説明と図面とにおいて、第1の実施の形態で説明したものと同一の部品には、同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

0186

図32に、この実施の形態において電気機器(電気ヒータ)から中央管理装置へ通知される内容を示す。図32に示す通知は、図13(A)に示す通知に以下の2つの項目、すなわち各電器機器の(1)オン時の消費電力(on_power)、及び(2)オフ時の消費電力(off_power)を追加したものである。以下、これらについて説明する。オフ時の消費電力は必須ではないが、本実施の形態では、システムの汎用性を高めるために追加してある。実際、機器によってはオフ時の消費電力が0でない場合もある。したがってオフ時の消費電力を考慮することで、より正確にシステム全体のピーク電力を抑えるような制御を行なうことができる。

0187

この実施の形態では、電気機器(電気ヒータ)について、オン時の消費電力とオフ時の消費電力とをあらかじめ把握しているものとする。機器の消費電力は、機器の開発段階で測定をして、あらかじめプログラムしておくのがよい。もちろん、電気機器自身または他の測定用ユニットが消費電力を測定できるようにしてもよい。

0188

電気機器(電気ヒータ)の他の部分については第1の実施の形態で使用されたものと同じである。

0189

本実施の形態では、中央管理装置で行なわれる、動作タイミングの決定方法が第1の実施の形態ものと異なる。すなわち、この実施の形態では、各電気機器から消費電力が申告されるので、中央管理装置は、各電器機器の消費電力を考慮して、各電気機器の動作タイミングを決定する。

0190

例えば、以下の3つの機器(1)‐機器(3)を制御する場合を考える。

0191

これら3つのデューティ比の合計は1.5なので、同時に2台オンになる時期が発生することは避けられない。しかし、これらを協調動作させることでピーク電力を低く抑えることができる。

0192

図33(A)を参照して、電気機器(1)と電気機器(2)とを同時にオンさせると、合計1300Wのピーク電力となる。ところが、図33(B)に示すように、電気機器(2)と電気機器(3)とを同時にオンさせ、電気機器(1)については常に単独でオンするようにこれらのオンタイミングを調整すると、ピーク電力を800Wに抑えることができる。すなわち、電気機器の組合せによってピーク電力が変わる。各電気機器の消費電力を考慮して、ピーク電力がなるべく低く抑えられるように動作タイミングを決定すべきである。

0193

こうした動作タイミングが容易に求められれば都合がよい。電気機器の台数が十分少なければ(例えば10台程度まで)、最適解を求めることが可能かもしれない。しかし、動作タイミングの決定アルゴリズム組合せ問題であり、一般的には短時間で最適解を求めるのは難しい。電気機器の台数が多くなると、組合せの数が爆発してしまうので、短時間で最適解を求めることは非常に困難になる。本実施の形態では、必ずしも最適解ではないかもしれないが、短時間の内に求めることができ、ピーク電力をなるべく低くできるような解法を採用する。

0194

本実施の形態では、各電気機器の動作タイミングを決定するために、まず、時間の解像度を決める。ここでいう時間の解像度とは、時間という連続した量を離散した値で考えたときの、その離散値最小単位のことである。時間の解像度を大きく(粗く)すれば、組合せの数を減らせるので計算時間が少なくなる。例えば、1msオーダーではなく、5秒(=5000ms)という解像度で考えることにする。

0195

電気機器の周期を60秒と仮定すると、電気機器が起動するタイミングとしては12(60秒÷5秒)通りある。電気機器の台数を10台あるとする。1台目は必ず0秒から電源オンするということにしても一般性を失わない。

0196

この場合、2台目から10台目までの動作タイミングの組合せは、129=5159780352通り存在する。これだけのオーダーになると、組込機器用のCPUで実時間で計算するのは不可能であろう。

0197

一般的に、機器の台数をNとすると、計算量はO(cN)となる。ただし、c=周期/時間解像度である。この計算量はNが増大すると共に指数関数的に増加する。枝刈りにより組合せの数を多少減らすことは可能だが、本質的な困難さは変わらない。そこで、本実施の形態では、最適解ではなく、実時間で(最適解に近い)近似解を得ることを考える。

0198

本実施の形では、以下のようなアルゴリズムで各電気機器の動作タイミングを決定する。機器の数はNとする。これら機器を機器(1)‐機器(N)として表す。

0199

機器(1)については、0秒から動作するということにしても一般性を失わない。機器(2)以降の動作タイミングを以下のように決定する。

0200

すなわち、電気機器(2)‐電気機器(N)をこの順番で1周期内に配置して行く。電気機器(k)を配置するまでには、電気機器(k−1)までの配置が決定している。電気機器(k)の動作タイミングを配置する際には、1周期の内で、トップ・ピーク電力(電力の合計が最高となる値)と、ボトム・ピーク電力(電力の合計が最低となる値)との差がもっとも小さくなるように、電気機器(k)の配置位置を決定する。典型的には、ある機器が配置された期間と、別のある機器が配置された期間とに重複がないようにすれば、少なくともこれら2つの機器が配置された期間に重複がある場合よりも消費電力のピークを下げることができる。もちろん、全ての電気機器の配置を見る必要もある。機器が3つ以上になる場合には、重複が生ずる場合もある。その場合でも、重複が生じないように配置された1組(2つ)の電気機器が存在しているはずである。

0201

機器(1)〜機器(k−1)まで動作タイミングが決定されていたとする。この状況で、機器(k)を配置することを考える。すなわち、1周期内で、上記した解像度により決定される各タイミングに、機器kを仮に配置する。その結果、1周期の内でのトップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力とがともに算出できる。それらの差を求める。こうした操作を上記した各タイミングの全てについて行なう。それらの中で、トップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差が最も小さくなるような動作タイミング位置を選択する。そのような動作タイミング位置が複数個あるときには、例えば周期の先頭に近いほうのタイミングを選択する。

0202

周期と解像度とを考慮すると、機器(k)を配置できるタイミングは周期/時間解像度の数だけある。これを仮にMとする。上に述べたトップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差の計算は、一つの機器についてM回だけ繰返される。動作タイミングを決めるべき電気機器の数は機器(2)‐機器(N)までのN−1個ある。Mは定数なので、計算量のオーダーはO(N)である。したがって電気機器の数が多くなっても計算時間が指数関数的に多くなることはない。

0203

この方法では、機器を配置する順番が比較的重要になる。一つの方法として、消費電力が大きい順に機器の動作タイミングの決定を行なうのが良い。他の方法として、消費電力とオン要求期間の積が大きい順にすることも考えられる。こうした方法により最適解が得られるわけではないが、より最適解に近い解が得られることは、コンピュータ・シミュレーションによっても確認された。

0204

従って、本実施の形態では、消費電力(又は消費電力とオン要求期間との積の値)の降順に機器をソートして、機器(1)‐機器(N)のリストを作り、その先頭から各機器の動作タイミングを順番に決定していく。

0205

図34及び図35を参照して、本実施の形態による動作タイミングの決定の具体例を示す。この例では、周期は60秒、解像度を5秒とする。各機器を配置できる位置は12通りである。識別番号1−5の機器があり、各機器の消費電力及びオン要求時間を以下のとおりとする。

0206

テーブル3に示すように、機器(1)、機器(2)、…、機器(5)は、消費電力の降順にソートしてある。以下、これら機器を順番に配置していく。

0207

(1)機器(1)
機器(1)については、周期内のどこから始めてもよい。この例では、機器(1)のオンタイミングを周期の先頭(0秒)とする。よって、機器(1)が動作する期間は毎分0秒から毎分20秒までである。

0208

(2)機器(2)
機器(2)については、機器(1)が既に配置された状態で、上記した12箇所に仮に配置してトップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差を算出する。これら12箇所の内で、算出された差が最小となる位置に機器(2)を配置する。この計算をした結果選択されるのは、機器(2)が周期の先頭から20秒でオンするような位置である。すなわち機器(2)は、毎分20秒から毎分0秒までオンとなる位置に配置される。

0209

機器(3)についても、同様の処理をする。その結果、毎分20秒から毎分35秒までに配置すると良いことが分かる。

0210

以上までの処理により機器(1)−機器(3)を60秒の周期内に配置した状態を、図34(A)に示す。

0211

機器(4)についても同様にして位置を決めると、毎分35秒から毎分10秒までとなる。機器(4)まで配置した状態を図34(B)に示す。

0212

機器(5)についても同様にして、毎分10秒から毎分55秒まで配置するのが良いことが分かる。機器(5)まで配置した状態を、図35(A)に示す。

0213

以上の例では、図35(A)に示すように機器(1)‐機器(5)を配置すればピーク電力が2000Wに抑えられることがわかる。

0214

ただし、これは最適解ではない。最適解としては、図35(B)に示すように、ピーク電力が1900Wで抑えられるような配置方法がある。この最適解は、機器を配置するタイミングを総当りで計算すれば求められる。しかし、既に述べたように、このように総当り方式で最適解を求める場合、計算量のオーダーはO(cN)(Nは機器の台数)であり、機器の数が増えてくると非常に困難である。これに対し、上記した例で採用したアルゴリズムの計算量のオーダーはO(N)であり、実時間で最適解に近い解を得ることができる。したがってこのアルゴリズムは有用である。

0215

また、上記アルゴリズムでは、オフ時の消費電力を考慮した配置を行なうことも容易である。すなわち、新しく機器が追加された場合は、基本的には、上で述べた方法と同様に、トップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差がもっとも少なくなるようにその機器を配置すればよい。電力計算にオフ時の消費電力も算入する必要があるだけである。

0216

上記アルゴリズムで求めた機器の動作タイミングの配置で各機器が動作しているときに、その中のいずれかの機器が削除される場合もある。そうした場合は、単純に当該機器だけを削除すればよい。その他の機器の動作タイミングには影響がない。

0217

もっとも、機器の追加と削除とを繰返すと、最適解から遠く離れてしまうこともありえる。そうした問題を回避するため、ある時点で、動作タイミングの配置をやり直してもよい。この結果、既存機器の動作タイミングが更新され、新たな動作タイミングで平準化された消費電力での動作が可能になる。

0218

以上のように、本実施の形態によれば、第1の実施の形態による作用に加え、各電気機器がオン時の消費電力とオフ時の消費電力とを中央管理装置に申告する。中央管理装置は、各電気機器の動作タイミングをそれぞれの機器の消費電力を考慮して決定する。その結果、より効果的に電力使用量の合計を抑えることができる。動作機器の動作タイミングの決定は、総当り方式で最適解を求めるように行なっても良いし、上記したように最適解ではないが、最適解に近い解を実時間で得るようにしてもよい。

0219

[第3の実施の形態]
第3の実施の形態では、電気機器がヒータのような単純にオン/オフ制御するものではなく、多様な制御手法を持つ電気機器である場合について考える。そのような電気機器の消費電力の推移を見ると、単純なオンとオフの2値ではなくて、複雑なパターンの消費電力となる。その例は、例えばエアコンである。

0220

図36に、あるエアコンの消費電力の推移の例を示す。図36からわかるように、このエアコンの消費電力の推移は複雑なパターン1140にしたがっている。しかし、周期的な動作が観測されていることはまちがいない。消費電力の推移が周期的なものであれば、この第3の実施の形態によりピーク電力を抑えることが可能である。この実施の形態は、第2の実施の形態の拡張である。

0221

第2の実施の形態では、図32に示したように、電気機器から中央管理装置への通知は、状態、周期、オンを要求する時間、オン時の消費電力、及びオフ時の消費電力を含む。第3の実施の形態では、各電気機器は、これらに加えて、1周期の範囲内で、どの時間にどれだけの消費電力を必要とするかを、離散値のデータ列として表現したものを中央管理装置に通知する。

0222

本実施の形態で「どの時間にどれだけの消費電力を必要とするか」というときの「時間」とは、1周期の先頭を0とする相対的な値で表したものである。この場合も「解像度」に相当する概念が必要となる。ここでは解像度を1分、周期を1時間とすると、例えば第3の実施の形態で中央管理装置に通知される情報は、「毎時0分の時の必要電力量」、「
毎時1分の時の必要電力量」、…、「毎時k分のときの必要電力量」、…「毎時59分のときの必要電力量」をデータ列として表現したものである。

0223

この情報を受けた中央管理装置は、第2の実施の形態で述べたアルゴリズムを利用して、各電気機器の動作タイミングを決定する。

0224

すなわち、中央管理装置は、消費電力の大きさの降順で機器を並べ、その先頭から順番に、トップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差がもっとも少なくなるように動作タイミングを決定する。中央管理装置は、全ての機器を決定した後、各電気機器にその動作タイミングについいての指令を送る。各電気機器は、中央管理装置から動作タイミングについての指令を受信する。指令を受信した電気機器はそれぞれ、指令にしたがって自己の動作を決定する。なお、本実施の形態では、動作タイミングとしては、各機器の位相が0となる時間のみが各機器に通知される。各電気機器は、指令にしたがい、位相0となる時間に合わせて動作を開始するようにタイミングを調整する。

0225

以上のように、本発明は、単純に供給電力に対して2値的な制御をする場合だけに適用可能なわけではない。複数通りの電力供給の切替が可能な場合でも同様に本発明を適用できる。もちろん、2値的な制御をする場合には単純な制御が可能であるという特徴もある。

0226

[第4の実施の形態]
第1から第3までの実施の形態では、家庭内という枠組みでピーク電力の抑制を考えた。しかし、本発明はそのような範囲に限定されるわけではない。例えば、集合住宅、ビルオフィス工場、又は近隣店舗といったまとまった単位で、それらの消費電力の合計のピークの緩和を図ることも可能である。こうすることにより、幹線の電力網容量制限という制約の下で、各住宅、オフィス、工場、店舗等で使用されている機器をそれぞれその本来の能力が活かされるように動作させながら、幹線ブレーカが落ちてしまう危険性を小さくできる、ということである。

0227

図37に、本実施の形態に係る、集合住宅におけるネットワークシステムの構成を示す。図37を参照して、集合住宅1162は複数の部屋(住宅)と、これらを結ぶネットワークと、このネットワークに接続された、実施の形態1のものと同様の中央管理装置101とを含む。本実施の形態では、各部屋は1の独立した家である。各部屋に含まれる電気機器と中央管理装置101とはネットワークを経由して相互に通信可能である。ネットワークの媒体種類は問わないが、例えば、PLC、Ethernet(登録商標)、電話線ケーブル線等が好適である。各部屋に既存のIPネットワークが敷設されていれば、それらと集合住宅1162のネットワークとを接続してもよい。

0228

中央管理装置101は、図37に示す例では集合住宅1162の中に存在している。しかし本発明はそのような実施の形態に限定されるわけではない。例えば図37に示す中央管理装置1160のように、IP網又は専用線を通じて、集合住宅1162の外に存在していてもよい。

0229

集合住宅1162内の各部屋には、第1‐第3の実施の形態で述べたように、複数の電気機器が存在している。各電気機器は、中央管理装置101と互いに通信可能である。

0230

この実施の形態に係るシステムと、第1‐第3までの実施の形態に係るシステムとの違いは、本実施の形態では、部屋ごとに中央管理装置101が設けられているのではなく、集合住宅全体で1つの中央管理装置101が設けられている、ということである。中央管理装置101の機能は例えば第1の実施の形態のものとかわらない。中央管理装置101にかえて、第2又は第3の実施の形態に係る中央管理装置を用いるようにしてもよい。

0231

この第4の実施の形態では、各住宅という単位を越えて、より広い範囲で電気機器の消費電力の平準化を図っている。この構成により、制御の対象となる電気機器の数が増大するため、電気機器の動作タイミングの配置の自由度があがる。その結果、消費電力のピークを下げることができるという効果をより確実に奏することができる。なお、電気機器の数が増大するため、第2の実施の形態で述べたように、最適解ではなく、実時間で最適解に近い解を求めることができる方法がより重要となる。

0232

[第5の実施の形態]
上記第1〜第4の実施の形態では、電気機器が定常状態における周期を調整できる能力を持つものとしていた。しかし、電気機器の全てがそのような能力を持つわけではない。できれば、従来の電気機器をそのまま使用しながら、第1〜第4の実施の形態のように消費電力のピークの負荷を少なくすることができるとより好ましい。

0233

こうした用途に使用できる可能性があるものに、消費電力測定器がある。消費電力測定器としては、例えば非特許文献2に記載されたものがある。非特許文献2に記載されたものは、電気機器と電源との間に挿入され、電気機器に供給される電気と電圧との波形を調べることにより、電気機器で消費されている電力を刻々と測定することができる。この省電力測定器をいわゆるホームネットワークに適用し、各電気機器からの情報を集中的に監視することにより、生活者行動パターンモニタリング、省エネルギー生活のコンサルティング、及び各電器機器の不良の検出等をしたりすることができるとされている。

0234

さらに、遠隔からの指令により、電気機器への電源供給を制御することができる機器も開発されている。

0235

こうした消費電力測定器は、後述するように小型のCPUを備えたものであって、所定のプログラムを実行することができる。第1の実施の形態の各電器機器内部に設けられた、制御対象物を制御するための構成要素(図3に示す電気機器制御部301、通信I/F302、入力部303、温度を測定するセンサ部304、表示部305、タイマ306、状態管理部308、時刻同期部307等)をこの消費電力測定器に備えるようにすることにより、従来の電気機器を使用して第1の実施の形態と同様のシステムを構築することができる。ただし、この第5の実施の形態では、第1の実施の形態と同様、電気機器の動作状態を検知するために、電気機器に設けられたセンサの出力信号が必要である。したがって、この第5の実施の形態に係る消費電力測定器は、電気機器との相互通信が可能であり、電気機器としてもそのように外部と通信する機能を備えたものである必要がある。

0236

このような機能を備えた電気機器の規格として、いわゆるエコーネット規格、及びKNX規格と呼ばれるものがある。このような規格にしたがって外部と通信する機能を持つ電気機器であれば、この第5の実施の形態ではそのまま使用することができる。

0237

図39を参照して、この第5の実施の形態に係るシステムは、図1に示すシステムと同様の中央管理装置101、分電盤102、IP網104に接続されるルータ103に加え、上記した規格(例えばエコーネット規格)にしたがった双方向通信機能及び制御機能を持つ、電気ヒータ1230、エアコン1232、冷蔵庫1234、及び洗濯乾燥機1236と、これら電気ヒータ1230、エアコン1232、冷蔵庫1234、及び洗濯乾燥機1236と電灯線の電源供給口との間にそれぞれ挿入された、機器制御機能付の消費電力測定器1240,1242,1244、及び1246とを含む。

0238

以下、消費電力測定器1240、1242,1244及び1246を代表して、消費電力測定器1240の構成について説明する。図40及び図41を参照して、消費電力測定器1240は、やや扁平な直方体状の筐体1250と、筐体1250の正面に設けられた1対の差込口1260と、筐体1250の裏面の、差込口1260に対応する位置に設けられた1対のブレード1262とを含む。

0239

図42を参照して、消費電力測定器1240はさらに、差込口1260とブレード1262との間を接続する1対の電灯線1270と、電灯線1270から電力をとり、消費電力測定器1240の各部に電力を供給する電源部1272と、電灯線1270に接続され、電灯線1270を流れる電流と、2本の電灯線1270の間の電圧とから、1組の差込口1260に接続されている電気機器の消費電力を測定し、消費電力の大きさを周波数で表す信号を出力する電力センサ部1274と、電力センサ部1274の出力と中央管理装置101との通信に基づき、システム全体の電力負荷のピークを低くするよう、電気ヒータ1230を制御する中央管理装置101と通信するためのアンテナ及び電気機器との双方向通信により電気機器を制御する機能を持ち、電力センサ部1274の出力に基づいて、中央管理装置101と通信することにより、電気ヒータ1230を制御するための通信コントローラ部1276と、通信コントローラ部1276に接続され、通信コントローラ部1276の動作状態を表示するためのLED1278及び設定ボタン1280(いずれも図40及び図41においては図示していない。)と、通信コントローラ部1276に接続された、日本電機工業会規格(JEM)に従ったHA端子1330とを含む。HA端子1330はさらに、電気ヒータ1230のHA端子に接続される。

0240

電力センサ部1274は、2本の電灯線1270の間の電圧を測定し、デジタル信号に変換して出力する電圧入力ADC部1300と、電灯線1270の内の1本に装着された抵抗値のごく小さなシャント抵抗1282と、シャント抵抗1282の両端の電灯線1270の間の電位差に基づいて、電灯線1270を流れる電流の大きさを測定し、デジタル信号に変換して出力する電流入力ADC部1302と、電圧入力ADC部1300の出力と電流入力ADC部1302の出力とを受け、両者を乗算して電気ヒータ1230の消費している電力量を表すデジタル電力信号を出力する乗算器1304と、乗算器1304の出力するデジタル電力信号を、電力量を周波数で表す信号に変換して出力するデジタル/周波数変換部1306とを含む。電力センサ部1274は既存の電子部品であって、例えばデジタル/周波数変換部1306の出力する周波数信号を消費電力メータの入力に与えることにより、消費電力メータを消費電力に応じて駆動させることができる。本実施の形態では、そのような既存の電力センサ部1274を流用している。

0241

通信コントローラ部1276は、コンピュータと同様の構成を持ち、CPU1320と、いずれもCPU1320に接続されたROM1322及びRAM1324と、CPU1320に接続され、アンテナを介して中央管理装置101との無線通信を行なう機能を提供する無線RF部1326と、CPU1320と接続された汎用入出力部(GPIO)1328と、図示しないタイマととを含む。図示しないタイマは第1の実施の形態と同様、中央管理装置101のタイマと同期して動作する。これは、周期の先頭を定めるために必要である。

0242

GPIO1328には、HA端子1330の一方側端子、デジタル/周波数変換部1306の出力、設定ボタン1280の出力、及びLED1278の入力が接続されている。

0243

この第4の実施の形態に示す消費電力測定器1240は、第1の実施の形態の図3に示す通信ネットワークI/F302、電気機器制御部301、入力部303、表示部305、タイマ306、タイマ306、及び状態管理部308と同様の機能を果たすようにプログラムされる。設定ボタン1280は入力部303に相当し、LED1278が表示部305に相当する。電力センサ部1274と、電気ヒータ1230内に設けられたセンサとが、センサ部304に相当する。電気ヒータ1230内のセンサの出力は、HA端子1330及びGPIO1328を介して、CPU1320に与えられる。

0244

CPU1320は、図16に示すような状態遷移を実現するためのプログラム(図19図25)を実行する。中央管理装置101は第1の実施の形態と同じであり、同様に動作する。これらについては第1の実施の形態で説明したものと同じであるので、ここではその詳細は繰返さない。

0245

[第5の実施の形態の変形例]
標記第5の実施の形態では、消費電力測定器1240はHA端子1330を持ち、HA端子1330を電気ヒータ1230のHA端子と接続することにより、電気ヒータ1230を制御するとともに、電気ヒータ1230からの情報を受取っている。同様の機能は、HA端子1330を用いなくとも、電気ヒータ1230のような電気機器との双方向通信が可能なものであればどのようなものを用いても実現できる。図43に、第5の実施の形態の変形例を示す。

0246

図43を参照して、この変形例の消費電力測定器1340は、電源部1272及び電力センサ部1274と、図42に示す通信コントローラ部1276に代わる通信コントローラ部1350と、LED1278と、設定ボタン1280と、通信コントローラ部1350と電気ヒータ1230のシリアル端子との間に挿入された双方向のフォトカプラ1370とを含む。

0247

通信コントローラ部1350は、図42に示す通信コントローラ部1276と同様、CPU1320、ROM1322、RAM1324、無線RF部1326、図示しないタイマ、及びGPIO1328を含む。通信コントローラ部1350はさらに、図42に示すHA端子1330に代えて、CPU1320に接続され、CPU1320との間のパラレル通信と、フォトカプラ1370との間のシリアル通信との間の変換を行なうためのUART汎用非同期送受信回路)1360とを含む。フォトカプラ1370を介して電気ヒータ1230と通信を行なうことにより、消費電力測定器1340は電気ヒータ1230とは電気的に絶縁される。

0248

この変形例の消費電力測定器1340でも、第5の実施の形態の消費電力測定器1240と同様の動作が可能であることは当然である。ただしこの変形例では、制御される電気機器(例えば電気ヒータ1230)が、シリアル通信用の端子を持っている必要がある。

0249

この第5の実施の形態に係る消費電力測定器は、電力センサ部1274を介して電気機器の消費している電力をモニタできる。消費電力測定器はさらに、電気機器との間の双方向通信により電気機器内部のセンサ出力を受信できる。通信コントローラ部は、これら情報に基づいて、制御対象の電気機器の定常状態における周期と、定常状態の維持に必要なオン期間とを中央管理装置101に送信する。中央管理装置101は、第1の実施の形態と同様、これらの情報を各電器機器について収集し、同じ周期を持つ製品をグループ化できる。さらに中央管理装置101は、第1の実施の形態と同様、同じグループに属する電気製品のオン許可時間を決定して、消費電力測定器に送信する。消費電力測定器1240は、そのオン許可時間にしたがって、制御対象の電気機器のオン及びオフを制御する。

0250

したがって、この第5の実施の形態及びその変形例によって、第1の実施の形態と同様、システムに含まれる電気機器であって、周期が同じ電気機器のグループの内で、同時にオンとなる電気機器の数が少なくなるようにでき、その結果、システムの消費電力のピーク時の負荷を小さくすることができる。

0251

[第6の実施形態]
以上の実施の形態では、対象となる電気機器のオン及びオフを直接制御したり、電気機器の動作に伴う状態の変化をそのセンサ出力から得ることが可能である。しかし、本発明は、そのような実施の形態に限定されるわけではない。そのような機能を持たない消費電力測定器であっても、電気機器の消費電力の測定機能に加え、電気機器への電力の供給の制御が可能なものであれば、完全とはいえないまでも同様の効果をあげることが期待できる。この第6の実施の形態に係る消費電力測定器は、そのような装置である。

0252

図44を参照して、この第6の実施の形態に係る消費電力測定器1380は、図42に示す消費電力測定器1240及び図43に示す消費電力測定器1340とよく似た構成を持つ。すなわち、消費電力測定器1380は、1組の差込口1260及びブレード1262と、電灯線1270と、電源部1272と、電力センサ部1274と、図42に示す通信コントローラ部1276と類似した構成の通信コントローラ部1392と、電灯線1270の、1組の差込口1260とブレード1262との間に挿入されたリレー1390と、通信コントローラ部1392に接続され、通信コントローラ部1392からの指示にしたがってリレー1390を動作させることにより、電気機器への電源の供給をオン・オフさせるためのリレー制御部1394とを含む。消費電力測定器1380はさらに、LED1278及び設定ボタン1280を含む。

0253

通信コントローラ部1392は、図42に示す通信コントローラ部1276と同様、CPU1320、ROM1322、RAM1324、無線RF部1326、図示しないタイマ、及びGPIO1328を含む。通信コントローラ部1392は、リレー制御部1394がGPIO1328に接続されており、GPIO1328を介してCPU1320から与えられる指令にしたがってリレー1390を制御することにより、電気機器への電源の供給のオン及びオフを行なう点で、図42の通信コントローラ部1276と相違する。また、本実施の形態では、消費電力測定器1380は対象となる電気機器の状態に関する情報は、電力センサ部1274による消費電力の測定を除いて用いることができない点でも図42の通信コントローラ部1276等とは相違している。

0254

この実施の形態に係る消費電力測定器1380では、上記した事情により、第1〜第5の実施の形態に係る装置と異なり、あまりインテリジェントな動作を行なうことができない。実際、この実施の形態では、後述するように、対象となる電気機器の状態にかかわらず、電気機器への電源供給のオン及びオフを中央管理装置101からの指示にしたがって制御するので、本来の電気機器の性能を完全には発揮できないかも知れない。しかし、電気機器がオンする時間を直接的に制御して、同じグループに属する電気機器についてはそれらがオンする時期をずらすことができるため、第1〜第5の実施の形態と同様、システム全体のピーク電力の負荷を小さくすることができる。

0255

この実施の形態に係る消費電力測定器1380のCPU1320が行なう処理は、大きく分けて3つある。それらは、(1)消費電力の測定及び中央管理装置101への送信、(2)中央管理装置101から電気機器の周期及びオン許可時間を含む指示を受信して記憶(指示受信処理)、及び(3)中央管理装置101から受信したオン許可時間にしたがって電気機器への電源供給のオン及びオフを制御(電源制御処理)、である。これらとは別に、中央管理装置101との共通時間をタイマにより管理する(同期させる)ための処理があるが、それらは第1〜第5の実施の形態におけるものと同じであるからここではその詳細は繰返さない。

0256

なお、この実施の形態では、消費電力測定器1380では消費電力の測定及び中央管理装置101への送信は行なうが、制御対象となる電気機器の動作周期を算出することはしない。中央管理装置101が、消費電力測定器1380から受信した各電器機器の消費電力の時系列データに基づいて、各消費電力測定器1380について動作周期を算出する。動作周期の算出は、中央管理装置101が、図38に制御構造を示す処理を行なうことにより行なわれる。中央管理装置101は、各電器機器の動作周期を算出し、さらに第1の実施の形態と同様の方法で各電気機器のオン許可期間を算出して、動作周期及びオン許可期間を含む指示を消費電力測定器1380に送信してくるものとする。

0257

電気機器の動作周期の算出方法について、図38を参照して説明する。周期の算出方法については種々考えることができる。ヒータのような比較的単純な動作をする機器の場合には、電源がオン又はオフしたときが明確にわかるので、例えば電源がオンしたときの時間間隔を測定すればよい。しかし、エアコンなどの場合には、図36に示すように複雑な波形となるため、周期計算には工夫が必要である。この実施の形態では、測定値の周期を算出するために、予めいくつかのモデル波形を準備しておくものとする。各モデル波形は、各種の機器に関する何らかの測定値(例えば電力など)の1周期の波形のうち、特徴的な形状を持つ所定時間(1分〜2分など)分の波形を抽出することにより予め準備されているものとする。

0258

まず、ステップ1200で、周期の算出対象となるデータ(ここでは温度の測定値データ)の数が所定のしきい値より多いか否かを判定し、しきい値以下であれば何もせず処理を終了する。データ数がしきい値より多ければ、ステップ1202で測定値の所定時間分(モデル波形の長さと同じとする。)のデータと、各モデル波形との相関を計算し、その時刻とともに記憶する。モデル波形は各電器機器の波形のうちで特徴的な部分を抽出したものである。モデル波形の電気機器と同じ電気機器から得られた測定値であれば、モデル波形と同じ様な特徴的な波形部分を持っているはずである。したがってその場合、対象となる波形部分がその特徴的な波形部分とよく一致していると相関は高くなり、それ以外の部分では相関は低くなる。つまり、この場合の相関は、電気機器の動作周期と一致する周期で高くなり、それ以外では低くなる、ということを繰返す。したがって相関のピークの間の時間間隔を調べることにより、電気機器の動作周期(消費電力の周期と一致する。)を知ることができる。一方、測定対象の電気機器とは異なる電気機器のモデル波形の場合には、常に相関が低くなる。そうしたモデル波形は、結果として周期の測定には用いられない。

0259

ステップ1202では、ステップ1202で計算した上記した原理にしたがって、モデル波形との間で計算された相関のピークの間の時間間隔を計算することにより、測定対象の電気機器の消費電力の変動波形の周期を計算する。

0260

上記した(1)の、消費電力の測定及び中央管理装置101への送信は、定期的に行なわれる処理である。この処理も第5の実施の形態で行なわれる処理と同様であり、その詳細はここでは繰返さない。

0261

(2)の、指示受信処理を実現するプログラムのフローチャートを図45に示す。このプログラムは、CPU1320が無線RF部1326を介して中央管理装置101から指示を受信したことに応答して発生する割込により起動される。なお、中央管理装置101は、消費電力測定器1380の周期とオン許可期間とを、第1の実施の形態において各電気機器で行なわれていた方法と同様の方法を用い、消費電力測定器1380からの情報に基づいて行なう。ここでは、周期を定める処理の基礎となる測定値は、制御対象となる電気機器の消費電力の測定値であり、上記した(1)の処理により消費電力測定器1380から中央管理装置101に送信されるものである。

0262

図45を参照して、このプログラムは、中央管理装置101からの指示に含まれる周期、並びにオン許可期間の開始及び終了時間を中央管理装置101からの指示に割当てられたアドレスから読むステップ1410と、ステップ1410で読んだ周期並びにオン許可期間の開始及び終了時間をRAM1324に記憶して処理を終了するステップ1412とを含む。RAM1324に記憶された情報は、消費電力測定器1380に電源が供給されている間、保持される。なお、消費電力測定器1380への電源供給が開始された後、中央管理装置101から指示を受取るまでの間、この周期は所定の値で初期化され、オン許可期間の開始及び終了時間はいずれも0に初期化されるものとする。さらに、第1の実施の形態と同様、オン許可期間の開始時間及び終了時間は、それぞれ周期の先頭を0とした相対時間で表すものとする。したがってオン許可期間が2つの周期にまたがる場合、開始時間<終了時間となるケースもある。

0263

(3)の、電源制御処理を実現する処理については、既に式(7)、(8)、(E1)及び(E2)により説明したとおりである。

0264

ここで注意すべきは、電気機器への電源供給を切断すると当然電気機器は動作を止めるが、電気機器への電源供給を開始しても電気機器が直ちに動作するとは限らないことである。電気機器への電源供給を開始することは、単に電気機器のプラグをコンセントに挿入する処理に相当するだけであり、電気機器のスイッチが入っていなかったり、電気機器の内部の状態が、動作開始に適した状態でなかったり、動作を行なう必要がなかったりした場合には、電気機器での電力消費は発生しない。もっとも、多くの場合、リレー1390により電気機器への電源供給が開始されると、電気機器は動作を始めるであろう。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ