JP2016100956A - 直流電源の制御装置、直流電源システム、および直流電源の制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池において適切な空き容量を確保しつつ太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することを可能にする。【解決手段】制御装置１００は、気圧変動に基づいて太陽光発電装置の発電電力量または発電電力を予測する予測部１２０と、予測部１２０によって予測された発電電力量または発電電力に基づいて太陽光発電装置の余剰電力量または余剰電力を推定する推定部１３０と、推定部１３０によって推定された余剰電力量または余剰電力に応じた空き容量を確保するように蓄電池を放電させる放電部１４０と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、直流電源の制御装置、直流電源システム、および直流電源の制御装置の制御方法に関する。

近年、環境問題の深刻化や電力不足問題により、再生可能エネルギーの導入が注目されている。通信設備の分野でも、無線基地局の電源システムにおいて再生可能エネルギーの導入が進められている。太陽光発電装置および蓄電池を備えた直流電源システムでは、太陽光発電装置の発電電力のうち負荷で消費されない分（余剰電力）を蓄電池に充電し、また、充電した余剰電力を適時放電して負荷で消費させることで、余剰電力を有効に活用することができる（たとえばピークシフト制御が知られている）。

そのような直流電源システムの一例として、下記特許文献１は、負荷に向けて直流電力を出力する整流器と、整流器よりも負荷側に設けられた太陽光発電装置および蓄電池とを含む直流電源システムを開示する。この直流電源システムでは蓄電池が浮動充電されるが、整流器の出力電圧を制御することによって蓄電池の充放電を制御することができる。

特開２０１４−４２４１７号公報

浮動充電においては、太陽光発電装置の発電電力が負荷の消費電力を上回ったときにその余剰電力が蓄電池に充電されることとなる。しかしながら、蓄電池が満充電のときにはそれ以上余剰電力を充電することができないので、余剰電力を有効に活用することができなくなる（たとえば余剰電力は捨てられる）。余剰電力を全て充電できるように予め蓄電池を放電させて空き容量を多めに確保しておくことも考えられるが、被災時などに蓄電池をバックアップ用電源として用いることを考慮すると、むやみに放電することは避けるべきである。このため、余剰電力の充電に必要な分だけの適切な空き容量を確保しておくことが望ましい。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、蓄電池において適切な空き容量を確保しつつ太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することが可能な直流電源の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る制御装置は、太陽光発電装置および蓄電池を含み負荷に直流電力を供給する直流電源の制御装置であって、気圧変動に基づいて太陽光発電装置の発電電力量または発電電力を予測する予測手段と、予測手段によって予測された発電電力量または発電電力に基づいて太陽光発電装置の余剰電力量または余剰電力を推定する推定手段と、推定手段によって推定された余剰電力量または余剰電力に応じた空き容量を確保するように蓄電池を放電させる放電手段と、を備える。

本発明の一態様に係る制御方法は、太陽光発電装置および蓄電池を含み負荷に直流電力を供給する直流電源の制御装置の制御方法であって、気圧変動に基づいて太陽光発電装置の発電電力量または発電電力を予測するステップと、予測するステップにおいて予測された発電電力量または発電電力に基づいて太陽光発電装置の余剰電力量または余剰電力を推定するステップと、推定するステップにおいて推定された余剰電力量または余剰電力に応じた空き容量を確保するように蓄電池を放電させるステップと、を含む。

上記の直流電源の制御装置または制御方法によれば、気圧変動に基づいて太陽光発電装置の発電電力量または発電電力が予測され、予測された発電電力量または発電電力に基づいて太陽光発電装置の余剰電力量または余剰電力が推定され、推定された余剰電力量または余剰電力に応じた空き容量を確保するように蓄電池が放電される。これにより、余剰電力を充電することができる分だけの適切な空き容量を蓄電池において確保することができる。余剰電力を利用してたとえばピークカット制御を行えば、蓄電池において適切な空き容量を確保しつつ太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することが可能になる。また、太陽光発電装置の発電電力の予想が気圧変動に基づいて行われるので、たとえば外部から天気予報などの情報を取得して用いる必要がない。その分、たとえば装置のコストを低減することもできる。

また、蓄電池は、負荷に直流電力を供給するとともに整流器からの直流電力および太陽光発電装置からの直流電力の少なくともいずれかの直流電力によって充電されてもよく、放電手段は、整流器の出力電圧を制御することによって蓄電池を放電させてもよい。これにより、太陽光発電装置からの直流電力を蓄電装置に充電することができる。また、整流器の出力電圧を制御することによって、たとえば整流器からの直流電力を制限することができる。整流器からの直流電力を制限すれば、その分、蓄電池の（負荷への）放電電力を増加させることができる。このようにして、蓄電池の放電を制御することができる。

また、直流電源の制御装置は、さらに、過去の気圧変動と太陽光発電装置の発電電力量または発電電力との関係を示すデータを蓄積して記憶する記憶手段を備えてもよく、予測手段は、記憶手段に蓄積して記憶されたデータに基づいて太陽光発電装置の発電電力量または発電電力を予測してもよい。これにより、過去の気圧変動と太陽光発電装置の発電電力量または発電電力との関係を示すデータに基づく太陽光発電装置の発電電力量または発電電力の予測が可能となる。また、記憶手段が多くのデータを蓄積して記憶することでデータの信頼性が向上するので、太陽光発電装置の発電電力量または発電電力の予測精度を向上させることができる。

また、放電手段は、太陽光発電装置が発電を開始する前に蓄電池の放電を完了させてもよい。これにより、太陽光発電装置の発電によって生じ得る余剰電力を確実に蓄電池に充電することができる。また、太陽光発電装置の発電中は、蓄電池の放電がしにくくなる可能性があるが、太陽光発電装置が発電を開始する前に蓄電池の放電を完了しておくことで、そのような問題が生じることを防ぐことができる。

また、予測手段は、所定時間ごとの気圧変動値の各々について重み付けを行った後に総和を算出し、算出した総和に基づいて太陽光発電装置の発電電力量または発電電力を予測してもよい。これにより、太陽光発電装置の発電電力量または発電電力の予測精度をさらに向上させることができる。

また、本発明の一態様に係る直流電源システムは、交流電力を直流電力に変換して出力する整流器と、直流電力を発生して出力する太陽光発電装置と、負荷に直流電力を供給するとともに整流器からの直流電力および太陽光発電装置からの直流電力の少なくともいずれかの直流電力によって充電される蓄電池と、整流器の出力電圧を制御することによって蓄電池の充放電を制御する制御装置と、を備える直流電源システムであって、制御装置は、気圧変動に基づいて太陽光発電装置の発電電力量または発電電力を予測する予測手段と、予測手段によって予測された発電電力量または発電電力に基づいて太陽光発電装置の余剰電力量または余剰電力を推定する推定手段と、推定手段によって推定された余剰電力量または余剰電力に応じた空き容量を確保するように蓄電池を放電させる放電手段と、を備える。

本発明によれば、蓄電池において適切な空き容量を確保しつつ太陽光発電装置の余剰電力を有効活用することが可能になる。

蓄電池の充放電の制御について説明するための図である。 実施形態に係る直流電源システムの構成を示す図である。 制御装置の機能ブロックを示す図である。 データ記憶部に記憶されるデータの一例を示す図である。 太陽光発電装置の発電電力量を予測するためのデータ処理の一例を示す図である。 制御装置が実行する処理の一例を示すフローチャートである。 太陽光発電装置の発電電力量の予測の実験結果の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

はじめに、図１を参照して、特許文献１（特開２０１４−４２４１７号公報）にも記載されているような、整流器の出力電圧を制御することによって蓄電池の充放電を制御する手法について説明する。

図１に示すように、整流器２１０は、交流電源２００（たとえば商用電源）からの交流電力を直流電力に変換して出力する。蓄電池２２０は、通信装置２３０（負荷）に直流電力を供給することができ、また、整流器２１０からの直流電力によって充電されることもできる。具体的に、図１（ａ）に示すように、整流器２１０からの直流電力が比較的大きく、通信装置２３０の消費電力（供給電力）を上回るときには、その分の電力が蓄電池２２０の充電電力となる。逆に、図１（ｂ）に示すように、整流器２１０からの直流電力が比較的小さく、通信装置２３０の消費電力（供給電力）を下回るときには、その分の電力が蓄電池２２０の放電電力となる。このようにして、蓄電池２２０は、蓄電池２２０以外の電力源（図１に示す例では整流器２１０）からの直流電力と通信装置２３０の消費電力との大小関係によって充放電が決定される浮動充電状態となる。

ここで、整流器２１０は、出力する直流電力の電圧（出力電圧）を制御可能に構成されている。たとえば、整流器２１０に含まれる電力変換回路（整流回路および昇圧回路など）の制御パラメータを調節することによって、整流器２１０の出力電圧を制御することができる。この制御は、たとえば整流器２１０の外部からの電圧制御信号に基づいて行われる。

整流器２１０の出力電圧を制御することによって、上述のような浮動充電状態にある蓄電池２２０の充放電を制御することができる。具体的に、整流器２１０の出力電圧が蓄電池２２０の電圧よりも高くなるように制御すると、整流器２１０から蓄電池２２０（および通信装置２３０）に向かって直流電力が供給される。整流器２１０の出力電圧を高く設定するほど、整流器２１０からの直流電力を大きくすることができる。また、整流器２１０の出力電圧が蓄電池２２０の電圧よりも低くなるように制御すると、整流器２１０からは直流電力が供給されなくなる。このようにして整流器２１０の出力電圧を制御することで、整流器２１０からの直流電力を制御することができる。整流器２１０からの直流電力を制御できれば、通信装置２３０の消費電力との関係より、上述した浮動充電状態の蓄電池２２０の充放電を制御することができる。

次に、図２を参照して、本発明の実施形態に係る直流電源システムついて説明する。直流電源システム１は、通信装置５０（負荷）に直流電力を供給するためのシステムである。直流電源システム１は、整流器２０と、太陽光発電装置３０と、蓄電装置４０と、制御装置１００とを含む。整流器２０、太陽光発電装置３０、および蓄電装置４０は接続点Ｎで同電位となるように接続される。図２に示す例では、整流器２０、太陽光発電装置３０および蓄電装置４０はいずれも接続点Ｎで接続されているが、たとえば、太陽光発電装置３０および蓄電装置４０は整流器２０の異なる端子（図示しない）にそれぞれ接続され、整流器２０の内部において太陽光発電装置３０および蓄電装置４０が電気的に接続されてもよい。また、接続点Ｎには通信装置５０が接続される。通信装置５０からみると、整流器２０、太陽光発電装置３０および蓄電装置４０は全体として接続点Ｎで接続された１つの直流電源を構成し、制御装置１００は当該直流電源の制御装置となる。

整流器２０は、先に図１を参照して説明した整流器２１０と同様の機能を有する。すなわち、整流器２０は、交流電源２００からの交流電力を変換して直流電力を出力する。図２に示す例では、整流器２０は、制御装置１００からの通信信号（制御信号）Ｓ４によって、出力電圧を制御するように構成されている。

太陽光発電装置３０は、太陽電池を含んで構成され、日射量などに応じた直流電力を発生して出力する。太陽光発電装置３０の出力電力（発電電力）は検出可能に構成されており、そのデータは、たとえば通信信号Ｓ１によって制御装置１００に送信される。なお、太陽光発電装置３０の発電電力の検出は、太陽光発電装置３０以外の構成要素によって行われてもよい。たとえば整流器２０が太陽光発電装置３０の発電電力を検出し、そのデータを、通信信号Ｓ４によって制御装置１００に送信することもできる。

蓄電装置４０は、蓄電池を含んで構成され、直流電力を充電または放電する。蓄電装置４０は、放電により、通信装置５０に直流電力を供給することができる。また、蓄電装置４０は、整流器２０からの直流電力および太陽光発電装置３０からの直流電力の少なくともいずれかの直流電力によって充電される。

蓄電装置４０の充放電は、整流器２０からの直流電力および太陽光発電装置３０からの直流電力の合算電力と、通信装置５０の消費電力との大小関係によって決まる。整流器２０および太陽光発電装置３０の合算電力が通信装置５０の消費電力を上回るときには、その分が蓄電装置４０に充電される。太陽光発電装置３０の発電電力が通信装置５０の消費電力を上回っていれば、太陽光発電装置３０の発電電力のみによって通信装置５０の消費電力がすべて賄われ（整流器２０からは直流電力が供給されない）、かつ、太陽光発電装置３０の発電電力から通信装置５０の消費電力を差し引いた電力（太陽光発電装置３０の余剰電力）が、蓄電装置４０に充電される。整流器２０および太陽光発電装置３０の合算電力が通信装置５０の消費電力を下回るときには、その分が蓄電装置４０から供給（放電）される。太陽光発電装置が発電していないときには、通信装置５０の消費電力から整流器２０からの直流電力を差し引いた電力（不足電力）が、蓄電装置４０の放電電力となる。

また、蓄電装置４０は、蓄電池の状態を検出可能に構成されており、そのデータは、通信信号Ｓ２によって制御装置１００に送信される。蓄電池の状態を示すデータとしては、たとえば残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）および充放電電流などがある。

通信装置５０は、直流電力を消費する負荷であり、たとえば無線基局である。通信装置５０は、消費電力を検出可能に構成されており、そのデータは、通信信号Ｓ３によって制御装置１００に送信される。

さらに、直流電源システム１は、気圧計６０によって検出された気圧に関するデータおよび気温計７０によって検出された気温に関するデータを取得できるようになっている。図２に示す例では、気圧に関するデータおよび気温に関するデータは、通信信号Ｓ５および通信信号Ｓ６によって制御装置１００に送信される。気圧計６０および気温計７０は直流電源システム１の外部に設けられていてもよく、直流電源システム１に含まれていてもよい。

図２に示す直流電源システム１によれば、たとえば、昼間の太陽光発電装置３０の発電電力が大きいときに発生した余剰電力を蓄電装置４０に充電することができる。そして、夜間などの太陽光発電装置３０の発電電力がほとんど無いときに、蓄電装置４０に充電された余剰電力を通信装置５０に供給することで、余剰電力を有効に活用することができる。たとえば、整流器２０を介して交流電源２００から供給される電力を平滑化することもできる。このような余剰電力の活用は、ピークシフト制御などと呼ばれることもある。

また、被災時など、停電によって交流電源２００からの電力供給が受けられなくなった場合には、蓄電装置４０（および太陽光発電装置３０）の電力によって、通信装置５０の消費電力を賄うこともできる。その場合、蓄電装置４０をバックアップ用電源として用いることができる。

ここで、直流電源システム１においては、太陽光発電装置３０の発電電力が通信装置５０の消費電力を上回った場合には、余剰電力を蓄電装置４０に充電することができる。しかしながら、蓄電装置４０に含まれる蓄電池の容量は限られており、蓄電池が満充電になるとそれ以上余剰電力を充電することができなくなる。たとえば、太陽光発電装置３０において余剰電力が捨てられたりする。これに対し、余剰電力を全て充電できるように予め蓄電装置４０を放電させて空き容量を多めに確保しておくことも考えられるが、被災時などに蓄電装置４０をバックアップ用電源として用いることを考慮すると、むやみに放電することは避けるべきである。このため、余剰電力の充電に必要な分だけ空き容量を確保しておくことが望ましい。

そこで、本実施形態においては、制御装置１００が、後述の制御によって、蓄電装置４０において適切な空き容量（余剰電力の充電に必要な容量）を確保するように、直流電源を制御する。

図３は、制御装置１００の機能ブロックを示す図である。図３に示すように、制御装置１００は、記憶部（記憶手段）１１０と、予測部（予測手段）１２０と、推定部（推定手段）１３０と、放電部（放電手段）１４０とを備える。

記憶部１１０は、少なくとも、直流電源システム１における過去の気圧変動と太陽光発電装置３０の発電電力との関係を示すデータを蓄積して記憶する部分である。記憶部１１０の機能は、たとえば、データ更新部１１１と、データ記憶部１１２とによって実現される。

データ更新部１１１は、制御装置１００が実行する処理に必要な種々のデータを取得し、後述のデータ記憶部１１２を更新する部分である。

データ記憶部１１２は、制御装置１００が実行する処理に必要な種々のデータを蓄積して記憶する部分である。種々のデータは、直流電源システム１における気圧に関するデータ、気温に関するデータ、太陽光発電装置３０の発電電力に関するデータ、蓄電装置４０の蓄電池の状態を示すデータ、通信装置５０の消費電力に関するデータなどである。これらのデータは、気圧計６０からの通信信号Ｓ５、気温計７０からの通信信号Ｓ６、太陽光発電装置３０からの通信信号Ｓ１、蓄電装置４０からの通信信号Ｓ２、および通信装置５０からの通信信号Ｓ３によって取得することができる。

気圧に関するデータは、たとえば所定時刻における気圧の値や所定時間における気圧の変動量である。同様に、気温に関するデータは、たとえば所定時刻における気温の値や所定時間における気温の変動量である。発電電力に関するデータは、たとえば所定時間における発電電力量や所定時刻における発電電力である。なお、以下、発電電力量または発電電力を単に「発電電力量」という場合もある。同様に、消費電力に関するデータは、たとえば所定時間における消費電力量や所定時刻における消費電力である。以下、消費電力量および消費電力を単に「消費電力量」という場合もある。さらに、蓄電池の状態を示すデータは、たとえば蓄電池の残存容量あるいは空き容量、充放電電流、電圧および温度などである。

ここで、図４を参照して、データ記憶部１１２に記憶されるデータの一例について説明する。図４に示すデータ１１２ａは、過去のある一日について、所定時間ごとの、気圧変動量、気温変動量、太陽光発電装置３０の発電電力量、および通信装置５０の消費電力量の各値を示すデータである。具体的に、このデータ１１２ａの場合には、日射があることによって太陽光発電装置３０が発電し得る時刻（図４に示す例では５時から２０時まで）を１時間ごとに区切って、気圧変動量などの各値を集計して記憶している。たとえば、時刻が５時から６時の間の１時間については、気圧変動量がΔｐ１（ｍｂａｒ）、気温変動量がΔｔ１（℃）、発電電力量がＰｏｕｔ１（ｋＷｈ）、消費電力量がＰｌｏａｄ１（ｋＷｈ）として記憶されている。

データ１１２ａは、直流電源システム１における過去の気圧変動量（あるいは気圧変動量および気温変動量）と、太陽光発電装置３０の発電電力量との関係を示している。このようなデータ１１２ａを参照すれば、気圧変動量に基づいて、太陽光発電装置３０の発電電力量を予測することができる。この予測は、後述の予測部１２０によって行われる。また、データ１１２ａのような１日についてのデータを日々作成することで、多くのデータを蓄積することができる。多くのデータが蓄積されれば、データの信頼性が高まり、太陽光発電装置３０の発電電力量をさらに精度良く予測することができる。

図３に戻って、予測部１２０は、気圧変動（より具体的には気圧変動量）に基づいて太陽光発電装置３０の発電電力量を予測する部分である。気圧変動だけでなく、気圧変動および気温変動（より具体的には気温変動量）に基づいて太陽光発電装置３０の発電電力量を予測してもよい。予測部１２０の機能は、たとえば、気圧・気温データ取得部１２１と、発電電力量計算部１２２とによって実現される。

気圧・気温データ取得部１２１は、気圧に関するデータおよび気温に関するデータを取得する部分である。気圧・気温データ取得部１２１は、データ記憶部１１２に記憶されているデータを読み出すことによって、気圧に関するデータおよび気温に関するデータを取得することができる。

発電電力量計算部１２２は、気圧・気温データ取得部１２１によって取得されたデータに基づいて、太陽光発電装置３０の発電電力量を計算する。ここでの発電電力量は、たとえば翌日において予想される太陽光発電装置３０の発電電力量である。ここで、太陽光発電装置３０の発電電力量を計算するためのデータ処理の一例について、図５を参照して説明する。

図５に示すように、発電電力量計算部１２２は、所定時間ごとの気圧変動量および気温変動量（気圧変動量だけでもよい）の各々について重み付けを行った後に総和を算出し、算出した総和に基づいて太陽光発電装置３０の発電電力量を計算する。このデータ処理は、たとえば、太陽光発電装置３０が発電しなくなった日没後（たとえば午前０時）に、余剰電力量計算部１３２によって行われる。発電電力量計算部１２２は、その日（午前０時以降のときは前日）の日中の気圧変動量を入力値Ｘｐ１〜Ｘｐ１２として用い、同日同時刻の気温変動量を入力値Ｘｔ１〜Ｘ１２として用いる。なお、日中の気圧変動量および気温変動量としては、たとえば３０分ごとや１時間ごとの気圧変動量および気圧変動量を用いることができ、それらの時間（３０分や１時間）に応じて入力値Ｘｐ１等の個数は適宜変更することができる。

さらに、発電電力量計算部１２２は、入力値Ｘｐ１〜Ｘｐ１２，Ｘｔ１〜Ｘｔ１２に、所定の係数Ｗｐ１〜Ｗｐ１２，Ｗｔ１〜Ｗｔ１２をそれぞれ乗ずることによって、入力値Ｘｐ１〜Ｘｐ１２，Ｘｔ１〜Ｘｔ１２の各々について重み付けを行う。

そして、発電電力量計算部１２２は、重み付けを行った後の入力値（Ｗｐ１・Ｘｐ１など）の総和を算出し、算出した総和に基づいて太陽光発電装置３０の発電電力量を計算する。たとえば、算出した総和から所定の値を減じた値をＡとし、その値Ａを電力量の値に換算するための関数ｆの引数とすることで、当該関数ｆの戻り値を太陽光発電装置３０の発電電力量とすることができる。なお、関数fの戻り値は、太陽光発電装置３０の（たとえば１時間ごとの各時刻における）発電電力であってもよい。発電電力が分かれば、それに時間（たとえば１時間＝３６００）を乗じることによって太陽光発電装置の発電電力量を求めることができる。

以上説明したデータ処理は、いわゆるニューラルネットワークを用いたものであり、このようなデータ処理によれば、過去のデータ（図４など）を蓄積していくことでニューラルネットワークを学習させ、それによって太陽光発電装置３０の発電電力量の計算精度（予測精度）を向上させることができる。ニューラルネットワークの学習は、たとえば、重み付けのための係数Ｗｐ１などを更新することによって行うことができる。このようなニューラルネットワークの学習は、たとえば誤差逆伝搬法によって行うことができる。

図３に戻って、推定部１３０は、予測部１２０によって予測された発電電力量に基づいて太陽光発電装置３０の余剰電力量を推定する部分である。推定部１３０の機能は、たとえば、消費電力データ取得部１３１と、余剰電力量計算部１３２とによって実現される。

消費電力データ取得部１３１は、通信装置５０の消費電力量に関するデータを取得する部分である。消費電力データ取得部１３１は、データ記憶部１１２に記憶されているデータを読み出すことによって通信装置５０の消費電力量に関するデータを取得することができる。ここでの消費電力量は、翌日において想定される通信装置５０の消費電力量である。想定される消費電力量としては、たとえば過去のいずれか１日における通信装置５０の消費電力量、あるいは過去の通信装置５０の消費電力量の平均値を用いることができる。なお、通信装置５０の設計仕様に基づいて定められた値を想定される通信装置５０の消費電力量としてもよく、その場合にはデータ記憶部１１２に記憶されているデータの読み出しは必須ではない。

余剰電力量計算部１３２は、消費電力データ取得部１３１によって取得されたデータに基づいて余剰電力量または余剰電力を計算する部分である。以下、余剰電力量または余剰電力を単に「余剰電力量」という場合もある。余剰電力量の計算は、たとえば、予測部１２０によって予測された発電電力量と、通信装置５０の消費電力量との差を求めることによって行うことができる。たとえば、翌日において予想される太陽光発電装置３０の発電電力量と、翌日において想定される通信装置５０の消費電力量との差が、余剰電力量として計算される。

放電部１４０は、推定部１３０によって推定された余剰電力量に応じた空き容量を確保するように蓄電装置４０を放電させる部分である。余剰電力量に応じた空き容量とは、余剰電力を充電するための最小限の容量であればよく、充電の際の電力損失（ロス）が無いとすれば余剰電力量に等しい容量とすることができる。放電部１４０は、たとえば蓄電池データ取得部１４１と、放電電力量計算部１４２と、整流器電圧制御部１４３とによって実現される。

蓄電池データ取得部１４１は、蓄電装置４０に含まれる蓄電池の状態を示すデータを取得する部分である。蓄電池データ取得部１４１は、データ記憶部１１２に記憶されているデータを読み出すことによって蓄電池の状態を示すデータを取得することができる。あるいは、蓄電池データ取得部１４１は、蓄電装置４０からの通信信号Ｓ２をモニタすることで、現在の蓄電池の状態を示すデータを（データ記憶部１１２を介さずに）リアルタイムで取得することもできる。

放電電力量計算部１４２は、蓄電装置４０が放電すべき放電電力量または放電電力を計算する部分である。以下、放電電力量または放電電力を単に「放電電力量」という場合もある。放電電力量は、余剰電力を充電するのに必要な空き容量を蓄電装置４０において確保するために蓄電装置４０が放電すべき電力として計算される。たとえば蓄電装置４０が満充電の状態であれば、推定部１３０によって予測された余剰電力量が放電電力量とされる。充電損失を考慮するのであればその分を余剰電力量から差し引いた電力量が放電電力量とされる。蓄電装置４０が満充電でない場合には、たとえば現在の残存容量から現在の空き容量が算出され、余剰電力の充電に必要な空き容量と現在の空き容量との差が放電電力量とされる。

整流器電圧制御部１４３は、蓄電装置４０が、放電電力量計算部１４２によって計算された放電電力量だけ放電するように、整流器２０の出力電圧を制御する部分である。たとえば、整流器電圧制御部１４３は、蓄電装置４０の放電電流および電圧を通信信号Ｓ２によって監視しつつ、蓄電装置が上記の放電電力量だけ放電したときに、放電を停止させるようにしてもよい。あるいは、過去のデータから通信装置５０の消費電力が予測できるのであれば、通信装置５０が上記の放電電力量に相当する電力量を消費するのに要する時間を算出し、算出した時間だけ蓄電装置４０を放電させるようにしてもよい。

以上説明した制御装置１００は、物理的には、１または複数のＣＰＵ（CentralProcessing Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（RandomAccess Memory）およびＲＯＭ（Read OnlyMemory）、データ送受信デバイスである通信モジュール、ならびに、ハードディスクなどの補助記憶装置などのハードウェアを備えるコンピュータを含んで構成することができる。図３を参照して説明した制御装置１００の各機能は、たとえば、ＣＰＵ、ＲＡＭなどのハードウェア上に１または複数の所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵの制御のもとで通信モジュールを動作させるとともに、ＲＡＭおよび補助記憶装置におけるデータの読み出しおよび書き込みを行うことで実現される。なお、専用のハードウェアを用いて制御装置１００の各機能を実現することもできる。

図６は、制御装置１００が実行する処理（制御装置１００の制御方法）の一例を示すフローチャートである。フローチャート中、各ステップにおける具体的な処理は、先に図３〜５を参照して説明したので、ここでは説明を省略する。

まず、制御装置１００は、気圧データおよび気温データを取得し（ステップＳ１０）、太陽光発電装置３０の発電電力量を予測する（ステップＳ１１）。具体的に、気圧データおよび気温データを取得するための処理は気圧・気温データ取得部１２１によって実行され、太陽光発電装置３０の発電電力量を予測するための処理は発電電力量計算部１２２によって実行される。

次に、制御装置１００は、余剰電力量を推定する（ステップＳ１２）。具体的に、この処理は、余剰電力量計算部１３２によって実行される。

さらに、制御装置１００は、蓄電装置４０に含まれる蓄電池の状態（たとえば残存容量）を確認し（ステップＳ１３）、蓄電装置４０に含まれる蓄電池が放電すべき電力量（放電電力量）を計算する（ステップＳ１４）。具体的に、蓄電池の状態を確認するための処理は蓄電池データ取得部１４１によって実行され、蓄電池の放電電力量を計算するための処理は放電電力量計算部１４２によって実行される。

そして、制御装置１００は、整流器２０の出力電圧を制御して蓄電装置４０に含まれる蓄電池を放電させる（ステップＳ１５）。具体的に、この処理は、整流器電圧制御部１４３によって実行される。

次に、制御装置１００（および直流電源システム１）の作用効果について説明する。この制御装置１００によれば、発電電力量計算部１２２が気圧変動に基づいて太陽光発電装置の発電電力を予測し（ステップＳ１１）、余剰電力量計算部１３２が余剰電力を推定する（ステップＳ１２）。また、整流器電圧制御部１４３が余剰電力に応じた空き容量を確保するように蓄電装置４０を放電させる（ステップＳ１５）。

これにより、余剰電力を充電することができる分だけの適切な空き容量を蓄電装置４０において確保することができる。余剰電力をたとえばピークカット制御に用いることで、蓄電装置４０において適切な空き容量を確保しつつ太陽光発電装置３０の余剰電力を有効活用することが可能になる。また、太陽光発電装置３０の発電電力量の予想は、気圧変動量（あるいは気圧変動量および気温変動量）に基づいて行われる。ここで、太陽光発電装置３０の発電電力量の予測をたとえば外部から天気予報などの情報を取得して行うことが考えられる。

しかしながら、天気予報などの情報を取得するためには、たとえば別途専用の機器（センサなど）を設ける必要があり、直流電源システム１の構成が複雑となり、またコストもかかる。第三者と契約を結んで天気予報などの情報を有料で購入することもできるが、その場合にも、直流電源システム１のコスト（ランニングコスト）が増加してしまう。これに対し、直流電源システム１における気圧変動量などに基づいて（つまりシステム自身で取得できるデータのみを用いて）太陽光発電装置３０の発電電力量の予測を行えば、外部から天気予報などの情報を取得して用いる必要がない。したがって、システムの構成を簡素化することができ、また、直流電源システム１を安価に実現することができる。

また、記憶部１１０が過去の気圧変動量と太陽光発電装置３０の発電電力量との関係を示すデータを蓄積して記憶するので、蓄積されたデータに基づいて、太陽光発電装置３０の発電電力量を予測することができる。多くのデータの蓄積しておくことでデータの信頼性が向上するので、太陽光発電装置３０の発電電力量の予測精度を向上させることができる。

また、放電部１４０が余剰電力を充電するための空き容量を確保するための蓄電装置４０の放電を太陽光発電装置３０が発電を開始する前に完了させておくことで、余剰電力を確実に蓄電装置４０に充電することができる。たとえば先に述べたように、予測部１２０の発電電力量計算部１２２による発電電力の予測を太陽光発電装置３０が発電しない日没後に行えば、その後すぐに整流器電圧制御部１４３が蓄電装置４０を放電させることによって、太陽光発電装置３０が翌日に発電を開始する前に（たとえば夜間に）蓄電装置４０の放電を完了させることも可能である。太陽光発電装置３０が発電していると、蓄電装置４０の放電がしにくくなる可能性があるが、太陽光発電装置３０が発電を開始する前に蓄電装置４０の放電を完了しておくことで、そのような問題が生じることを防ぐこともできる。

具体的に説明すると、昼間に蓄電装置４０の放電を制御する場合には、太陽光発電装置３０の発電電力の影響を考慮しなければならない。この場合、先に図３を参照して説明したように、蓄電装置４０の充放電は、整流器２０からの直流電力および太陽光発電装置３０からの直流電力の合算電力と、通信装置５０の消費電力との大小関係によって決まる。そのため、太陽光発電装置３０の発電電力をも考慮して、蓄電装置４０の放電を制御しなければならず、制御が煩雑となる。また、太陽光発電装置３０が発電すると、その分の電力が通信装置５０に供給されて蓄電装置４０の放電がしにくくなる可能性もある。

これに対し、夜間は太陽光発電装置３０が発電しない。この状態では、蓄電装置４０の充放電は、整流器２０からの直流電力と、通信装置５０の消費電力との大小関係によってのみ決まることとなるので、蓄電装置４０の放電の制御が容易となる。なお、この状態は、先に説明した図１と同様の状態であり、同図を参照して説明したようにして浮動充電状態の蓄電池の充放電を制御することができる。

また、予測部１２０は、所定時間ごとの気圧変動量（あるいは気圧変動量および気温変動量）を入力値としたニューラルネットワークによって、太陽光発電装置３０の発電電力量を予測することができる。直流電源システム１における気圧変動量などと太陽光発電装置３０の発電電力量との関係についての過去の実績データを、ニューラルネットワークに十分に学習させておくことで、太陽光発電装置３０の発電電力量の予測精度を向上させることができる。

最後に、図７を参照して、上述のニューラルネットワークを用いた制御装置１００の予測部１２０による、太陽光発電装置の発電電力量の予測の実験結果について説明する。

図７は、横軸を日付とし、縦軸を太陽光発電装置の発電電力量とした棒グラフである。各日付において２つのバーが並んで表示され、左側のバー（Ａ）は予測値を示し、右側のバー（Ｂ）は実測値を示す。

図７に示すように、予測値および実測値がかなり近い値となっている日付も少なくない。すなわち、天気予報などの情報を用いなくとも、気圧変動のみ、あるいは気圧変動および気温変動に基づいて、太陽光発電装置の発電電力量を予測できることが分かる。ニューラルネットワークが学習を重ねていくことによって、太陽光発電装置の発電電力量予測の精度がさらに向上することが期待できる。

以上説明した本実施形態の特徴の一つは、気圧変動量に基づいて太陽光発電装置の発電電力の予測することである。気圧変動量は、晴天、曇り、雨などの天候状態を間接的に示す指標となり、天候状態は日射量に影響する。そして、太陽光発電装置は、日射量に応じた電力を発生して出力する。すなわち、気圧変動量と太陽光発電装置の発電電力との間には相関が存在し得る。したがって、気圧変動量に基づいて太陽光発電装置の発電電力を予測することで、予測精度を高めることができると考えられる。

また、気圧の変動量に着目することで、季節の変化にも対応することができる。すなわち、季節が変わると、たとえば季節ごとに平均的な気圧の大きさ（気圧の平均値）が異なることもあるが、変動量に着目すれば、季節ごとの気圧の平均値の違いによる影響を取り除くことができるためである。

さらに、気温の変動量をも考慮することで、太陽光発電装置の発電電力の予測精度を向上させることができる。これは、太陽光発電装置の発電電力が、温度特性を有していることなどに起因するためである。

１…直流電源システム、２０…整流器、３０…太陽光発電装置、４０…蓄電装置、５０…通信装置、６０…気圧計、７０…気温計、１００…制御装置、１１０…記憶部、１１１…データ更新部、１１２…データ記憶部、１２０…予測部、１２１…気圧・気温データ取得部、１２２…発電電力量計算部、１３０…推定部、１３１…消費電力データ取得部、１３２…余剰電力量計算部、１４０…放電部、１４１…蓄電池データ取得部、１４２…放電電力量計算部、１４３…整流器電圧制御部、２００…交流電源。

Claims (7)

1. 太陽光発電装置および蓄電池を含み負荷に直流電力を供給する直流電源の制御装置であって、
   気圧変動に基づいて前記太陽光発電装置の発電電力量または発電電力を予測する予測手段と、
   前記予測手段によって予測された発電電力量または発電電力に基づいて前記太陽光発電装置の余剰電力量または余剰電力を推定する推定手段と、
   前記推定手段によって推定された余剰電力量または余剰電力に応じた空き容量を確保するように前記蓄電池を放電させる放電手段と、
   を備える、直流電源の制御装置。
2. 前記蓄電池は、前記負荷に直流電力を供給するとともに整流器からの直流電力および前記太陽光発電装置からの直流電力の少なくともいずれかの直流電力によって充電され、
   前記放電手段は、前記整流器の出力電圧を制御することによって前記蓄電池を放電させる、請求項１に記載の直流電源の制御装置。
3. 前記直流電源の制御装置は、さらに、過去の気圧変動と前記太陽光発電装置の発電電力量または発電電力との関係を示すデータを蓄積して記憶する記憶手段を備え、
   前記予測手段は、前記記憶手段に蓄積して記憶されたデータに基づいて前記太陽光発電装置の発電電力量または発電電力を予測する、請求項１または２に記載の直流電源の制御装置。
4. 前記放電手段は、前記太陽光発電装置が発電を開始する前に前記蓄電池の放電を完了させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流電源の制御装置。
5. 前記予測手段は、所定時間ごとの気圧変動量の各々について重み付けを行った後に総和を算出し、算出した総和に基づいて前記太陽光発電装置の発電電力量または発電電力を予測する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の直流電源の制御装置。
6. 交流電力を直流電力に変換して出力する整流器と、
   直流電力を発生して出力する太陽光発電装置と、
   負荷に直流電力を供給するとともに前記整流器からの直流電力および前記太陽光発電装置からの直流電力の少なくともいずれかの直流電力によって充電される蓄電池と、
   前記整流器の出力電圧を制御することによって前記蓄電池の充放電を制御する制御装置と、
   を備える直流電源システムであって、
   前記制御装置は、
   気圧変動に基づいて前記太陽光発電装置の発電電力量または発電電力を予測する予測手段と、
   前記予測手段によって予測された発電電力量または発電電力に基づいて前記太陽光発電装置の余剰電力量または余剰電力を推定する推定手段と、
   前記推定手段によって推定された余剰電力量または余剰電力に応じた空き容量を確保するように前記蓄電池を放電させる放電手段と、
   を備える、直流電源システム。
7. 太陽光発電装置および蓄電池を含み負荷に直流電力を供給する直流電源の制御装置の制御方法であって、
   気圧変動に基づいて前記太陽光発電装置の発電電力量または発電電力を予測するステップと、
   前記予測するステップにおいて予測された発電電力量または発電電力に基づいて太陽光発電装置の余剰電力量または余剰電力を推定するステップと、
   前記推定するステップにおいて推定された余剰電力量または余剰電力に応じた空き容量を確保するように前記蓄電池を放電させるステップと、
   を含む、直流電源の制御装置の制御方法。

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