JP6985090B2 - 充放電制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、充放電制御装置に関するものである。

従来、発電装置、蓄電装置、パワーコンディショナを備え、発電装置で発電した電力の出力およびこの発電電力の蓄電装置への充電の制御や、蓄電装置の放電を制御するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の従来技術は、第１の太陽電池モジュールから供給される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナと、蓄電システムと、通信インタフェース装置を介してパワーコンディショナとデータ通信可能な発電監視システムとを備えている。そして、太陽電池モジュールは、天候により各太陽電池モジュールの発電電力が、その能力の１００％に満たない場合でも、パワーコンディショナが常に最大能力で運転できるように、第２の太陽電池モジュールを設けて発電最大容量を大きく設定し、その電力変換をリアルタイムで制御するようにしている。

特許第６０１７７１５号公報

ところで、パワーコンディショナには、充電量、放電量により、その出力効率が変化するものであり、その特性も、パワーコンディショナの機種毎に異なる。
例えば、上記従来技術のように、パワーコンディショナを最大出力で運転させる場合が最も効率が良いものがある。このような特性の一例を挙げると、最大出力が２ｋＶＡのパワーコンディショナにおいて、２ｋＶＡで充電および放電するときが最も効率が良く、２ｋＶＡよりも低出力で充放電する際には、効率が低下する。この場合、例えば、最大出力時は９５％程度の効率であるのに対し、低出力時は７５％程度の効率となる。

しかしながら、全てのパワーコンディショナが、上記のように最大出力で運転させる場合に最も効率が良いとは限らない。例えば、最大出力の中央値付近が最も効率が良いものや、低出力時の運転時の効率が最も良いものなども存在する。
したがって、上述の従来技術のように、常にパワーコンディショナを最大出力となるように制御する場合、パワーコンディショナの機種によっては、効率が悪化するおそれがある。また、常にパワーコンディショナを最大出力で駆動させるためには、発電装置の最大能力を高く設定する必要があり、装置が大掛かりとなり、コスト高を招く。

さらに、上述の従来技術は、発電用のシステムの発明であるが、これを住宅のように発電した電力および放電電力を自家消費する環境で使用した場合、充放電量が消費電力量および電力負荷により変化するため、必ずしもパワーコンディショナの効率の良い領域で運転できるとは限らない。
例えば、能力的には５ｋＷｈの蓄電量で、最大効率の定格出力付近で放電動作した場合は、４．７５ｋＷｈ使用できるが、電力負荷が低く出力が少ない放電動作では、最小効率での動作になり、３．７５ｋＷｈ程度の使用量になってしまうこともある。この場合、充電した電力量は同じでも、使用できる電力は、約１ｋＷｈ分少なくなる。実際は、さらに充電時の効率の影響もあるため、充電時の効率が低い場合は、充放電によるトータルの効率を考えた場合、さらに効率が低くなるおそれがある。

そこで、本開示の充放電制御装置は、建物毎に、設置されたパワーコンディショナの機種が異なったり、消費電力量（電力負荷）が異なったりしても、パワーコンディショナを効率良く充放電させることが可能な充放電制御装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本開示の充放電制御装置は、
建物に設置された発電装置および蓄電装置と、
前記建物で電力を消費する電力負荷と、
前記発電装置で発電した電力の前記蓄電装置への充電および前記蓄電装置から前記電力負荷への放電を行うパワーコンディショナと、
前記電力負荷の消費電力量および前記発電装置の発電量を計測する計測装置と、
前記パワーコンディショナの運転を制御する制御装置と、
前記計測装置の計測値を記憶するとともに、前記パワーコンディショナの機種に応じた出力効率情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶した過去の前記計測値に基づいて、将来の前記電力負荷の時間帯毎の消費電力量と、前記発電装置の時間帯毎の発電電力量とを予測する予測部と、
を備え、
前記制御装置は、前記予測部が予測した値と、前記パワーコンディショナの出力効率情報とに基づいて前記蓄電装置が充放電を行う時間帯を計画する運転計画部を有する充放電制御装置とした。

本開示の充放電制御装置では、建物における時間帯ごとの消費電力量と発電電力量とを予測し、この予測値とパワーコンディショナの機種の出力効率情報とに基づいて、パワーコンディショナの運転計画を作成する。
したがって、建物によって、設置されたパワーコンディショナの機種が異なったり、消費電力量が異なったりしても、パワーコンディショナを効率良く充放電作動させることが可能となる。

本発明の実施の形態１の充放電制御装置を実施する電力制御システムの全体構成を模式的に示す全体システム図である。 前記電力制御システムにおける管理サーバ側の構成を示すブロック図である。 前記電力制御システムによる消費電力量および発電電力量の予測から運転計画作成までの処理の流れを示すフローチャートである。 放電運転計画の作成の処理の流れを示すフローチャートである。 充電運転計画の作成の処理の流れを示すフローチャートである。 消費電力量と放電運転の優先時間帯との関係の一例を示す優先順位説明図である。 消費電力量、発電電力量、余剰電力量と充電電運転の優先時間帯との関係の一例を示す優先順位説明図である。

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。
（実施の形態１）
まず、図１を参照しながら実施の形態１の電力制御システムの全体構成について説明する。この電力制御システムは、制御される建物としての住宅Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，・・・，ＨＸは、電力会社の発電所や地域毎に設置されたコジェネレーション設備などの系統電力網から電力の供給を受けるための電力網である系統電力網Ｅに接続されている。なお、以下の説明において、住宅Ｈ１，・・・，ＨＸのうちの特定のものを指さない場合は、単に住宅Ｈと表記する。

また、各住宅Ｈは、太陽光発電装置としての太陽電池パネル１と、電力を一時的に蓄えておく蓄電装置２と、パワーコンディショナＰＣと、コントローラＣＬとを備えている。なお、各住宅Ｈは同様の構成とし、図において住宅ＨＸを代表として、その構成を詳細に示す。
住宅Ｈは、負荷群３を有する。この負荷群３は、電力を消費して作動する複数の電力負荷を有する。この電力負荷としては、図２に示すように、少なくとも給湯装置３１および空調装置３２を有し、さらに、照明スタンドやシーリングライトなどの照明装置（不図示）、冷蔵庫やテレビなどの家電装置（不図示）などが含まれる。

なお、本実施の形態１では、図１としてパワーコンディショナＰＣとして、第１パワーコンディショナＰＣ１と第２パワーコンディショナＰＣ２とに分けて図示したものを示すが、これらを一体としたものを用いてもよい。
第１パワーコンディショナＰＣ１は、太陽電池パネル１によって発電された直流電力を交流電力に変換して住宅Ｈの負荷群３に供給する。
第２パワーコンディショナＰＣ２は、太陽電池パネル１により発電して第１パワーコンディショナＰＣ１により交流変換された交流電力および外部の系統電力網Ｅから分電盤２０を介して住宅Ｈに供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電装置２に充電する。

なお、外部の系統電力網Ｅからの電力は、分電盤２０を介して負荷群３へ供給可能となっている。一方、太陽電池パネル１あるいは蓄電装置２からパワーコンディショナＰＣを介して供給された交流電力は、分電盤２０を介して、負荷群３に供給可能であるとともに系統電力網Ｅに売電することが可能となっている。
また、コントローラＣＬは、負荷群３における給湯装置３１や空調装置３２などの運転や、パワーコンディショナＰＣの運転や、上述の売電および買電の実行などの制御を行う。

各住宅Ｈは、それぞれインターネットなどの通信網Ｎを介して管理サーバ５に接続され、管理サーバ５との間で、計測値などのデータの送受信や、後述する運転計画などの制御信号の送受信が行われる。

図２は、実施の形態１の電力制御システムの構成を示すブロック図である。この電力制御システムは、住宅Ｈのそれぞれに配置される構成と、管理サーバ５に配置される構成とを示す。

まず、制御対象となる住宅Ｈ側の構成について説明する。
住宅Ｈは、前述したように、太陽電池パネル１と蓄電装置２と負荷群３とを備える。
太陽電池パネル１は、太陽光を、太陽電池を利用することによって、電力に変換して発電を行う装置である。この太陽電池パネル１は、太陽光を受けることができる時間帯のみ電力を供給することが可能である。また、太陽電池パネル１によって発電された直流電力は、第１パワーコンディショナＰＣ１によって交流電力に変換されて負荷群３に供給され、消費される。

一方、蓄電装置２は、第２パワーコンディショナＰＣ２に接続されて、蓄電（充電）および放電の制御がなされる。この蓄電および放電の制御では、例えば、蓄電装置２に、外部の系統電力網Ｅから供給される深夜電力などの電力価格が安い外部電力や、太陽電池パネル１にて発電された電力を蓄電する。さらに、本実施の形態では、太陽電池パネル１の発電電力のうち、自家消費しない電力である余剰電力は、全て充電するようにしている。

なお、この住宅Ｈに設置された太陽電池パネル１の発電量の容量などの仕様、蓄電装置２の充放電容量などの仕様、パワーコンディショナＰＣの容量および出力効率特性は、管理サーバ５側の後述する邸情報データベース５１に記憶されている。この蓄電装置２の蓄電電力の容量や定格出力などの仕様も、管理サーバ５側の後述する邸情報データベース５１に記憶されている。

なお、住宅Ｈに設けられた負荷群３には、図示を省略した電気自動車やプラグインハイブリッド車を含んでもよい。この電気自動車やプラグインハイブリッド車は、走行のための充電を行う場合は、負荷となり、住宅Ｈの負荷のために放電させる場合は、蓄電装置２として用いることができる。

さらに、住宅Ｈには、計測装置４が設けられている。この計測装置４は、住宅Ｈに設置された太陽電池パネル１の実際の発電電力量を計測するとともに、住宅Ｈに設置された負荷群３によって消費された消費電力量を計測する。

なお、計測装置４による消費電力量の計測は、１秒単位、１分単位、１時間単位などの任意の時間毎に積算して行うことができる。そして、計測装置４によって計測された計測値のデータは、管理サーバ５側の後述する電力履歴データベース５２に記憶される。

次に、各住宅Ｈと通信網Ｎ（図１参照）を介して接続される管理サーバ５側の構成について説明する。
管理サーバ５側は、通信部７１と、各種制御を行う制御部６と、記憶部としての邸情報データベース（ＤＢ）５１、消費電力履歴データベース（ＤＢ）５２、電力価格データベース（ＤＢ）５３、気象データベース（ＤＢ）５４、運転パターンデータベース（ＤＢ）５５を備える。

通信部７１は、住宅Ｈから送信されてくる各種設備の仕様、計測値、処理要求などを、管理サーバ５の制御部６に送る。さらに、通信部７１は、各種データベース５１，５２，５３，５４，５５に記憶されたデータ、制御部６で行われた演算処理結果（運転計画を含む）、更新プログラムなどを住宅Ｈに向けて送る機能を有している。

邸情報データベース５１には、各住宅Ｈの邸コード（識別番号）、その邸コードに関連付けられた住所、建築年、断熱性能、間取り、電気配線、使用部材、太陽電池パネル１の仕様（発電容量）、蓄電装置２の仕様（蓄電容量、定格出力）、パワーコンディショナＰＣの仕様（機種、容量、効率特性）などの情報が記憶されている。

電力履歴データベース５２には、各住宅Ｈで計測された単位時間毎の消費電力量の計測データ、太陽電池パネル１における発電量の単位時間毎の計測データ、蓄電装置２における充放電量の計測データが、通信部７１を介して受信されて記憶される。
さらに、これらの各電力量の計測履歴は、上記のように単位時間毎に記憶されるとともに、曜日など暦および気象データ（日射量、気温）に関連付けして記憶される。なお、電力履歴データベース５２では、気温などの気象条件に影響を受け易い空調装置３２などの空調負荷および給湯装置３１などの給湯負荷の消費電力量と、気温などの気象条件に影響を受け難いその他の負荷の消費電力量とを負荷別にカテゴリー分けして記憶している。また、発電量や充放電量に関しても、気象データ（日射量、気温）と関連付けて記憶している。

電力価格データベース５３には、電力会社などが設定する外部電力の時刻によって変化する電力価格（住人側から見て買電価格）に関する情報が記憶されている。
すなわち、電力価格データベース５３には、電力価格が切り替わる時刻と、各時間帯の電力価格（受任側から見て買電価格）が記憶されている。さらに、電力価格データベース５３には、太陽電池パネル１で発電した電力を電力会社などが買い取る価格（住人側から見て売電価格）も記憶されている。

気象データベース５４には、気象庁や気象予報会社などの図示省略のサーバから通信網Ｎを介して受信した各住宅Ｈが立地する全国各地の気温や日射量などの翌日の気象予報データが記憶されている。さらに、気象データベース５４には、時々刻々の実際の気象データ、気温、湿度、日照量などの気象データを過去のデータとして記憶している。
運転パターンデータベース５５には、各住宅Ｈに設置された負荷群３および蓄電装置２の様々な運転パターンが、気象データに対応付けて記憶されている。

制御部６は、蓄電装置２の充放電の運転計画を作成するとともに、給湯装置３１による蓄湯運転時刻の設定を行うもので、消費電力量予測部６１、発電電力量予測部６２、余剰電力量演算部６３、蓄電池充電可能容量演算部６４、運転計画部６５を備える。

消費電力量予測部６１は、翌日の住宅Ｈの所定の時間帯毎（本実施の形態１では１時間毎）の消費電力を予測する。この消費電力量予測部６１は、気温などの気象条件に影響を受け易い空調負荷および給湯負荷の時間帯毎の消費電力量は、過去の消費電力量の履歴データと気象データに基づいて予測する。また、気温などの気象条件に影響を受け難いその他の負荷の時間帯毎の消費電力量については、過去の履歴データに基づいて予測する。そして、両消費電力量を合計して、住宅Ｈの時間帯毎の消費電力を予測する。

具体的には、空調負荷および給湯負荷の所定時間毎の消費電力量を予測するにあたっては、図３に示すように、気象データベース５４に記憶された気温などの翌日の気象予報データを参照し、過去の履歴データにおいて参照した気象データに対応する運転パターンデータを参照し（ステップＳ１０１）、空調負荷および給湯負荷の時間毎の消費電力量を予測する（ステップＳ１０２）。その他の負荷の時間毎の消費電力を予測するにあたっては、電力履歴データベース５２にカテゴリー分けして記憶された過去の消費電力量の履歴データを参照し、その他の負荷の時間毎の消費電力を予測する（ステップＳ１０３）。そして、ステップ１０２で演算した気象条件に影響を受ける空調負荷および給湯負荷の消費電力量の予測値Ａ１と、ステップＳ１０３で演算したその他の負荷の消費電力量Ｂ１とを加算して、住宅Ｈの時間帯毎の消費電力量を予測する（ステップＳ１０４）。

発電電力量予測部６２は、太陽電池パネル１の翌日の時間帯毎（本実施の形態１では、１時間毎）の発電量（図７参照）を予測する。
この太陽電池パネル１の時間帯毎の発電量の予測は、気象予報データと過去の気象データに関連付けられた過去の発電電力量の履歴データとに基づいて行う。すなわち、気象データベース５４に記憶された翌日の気象予報データ（特に日射量）を読み込むとともに、この気象予報データと共通する過去の気象データ（日射量）に関連付けられた発電電力量の履歴データを読み込む。そして、これらの読み込んだデータに基づいて、翌日の時間帯毎の発電電力量の予測値を求める（ステップ１０５）。なお、発電電力量の予測値は、例えば、図７の太陽光発電量の変化に示すように、日照時間帯においてプラスの値となり、日照の無い夜間は０となる。

なお、本実施の形態１では、発電電力量（Ｚ）から消費電力量（Ａ１、Ｂ１）を差し引いた値である余剰電力量は、蓄電装置２に充電する。しかしながら、これに限定されず図３のステップＳ２０１〜Ｓ２０３に示すように、発電電力量（Ｚ）から消費電力量（Ａ１、Ｂ１）を差し引いた余剰電力を用いて給湯運転を行うこともできる。この場合、この余剰電力による給湯負荷の消費電力量Ｃ１も消費電力量として加える。

余剰電力量演算部６３は、時間帯毎に、予測発電力量から予測消費電力量を差し引いて、時間帯毎の余剰電力量を演算する。
蓄電池充電可能容量演算部６４は、蓄電装置２における充電可能容量を演算する。この充電可能容量の最大値は、満充電量（１００％）から下限残容量（下限値）を差し引いた値である。
また、蓄電装置２の下限残容量（下限値）は、蓄電残量が０となる値に限らない。例えば、蓄電装置２内に蓄電された電力を全て使い切ると寿命が短くなることが知られているので、９７％を下限残容量としたり、急な停電などに備えて７０％を下限残容量としたりすることができる。

そして、住宅（建物）Ｈの消費電力量および発電電力量の予測値と、蓄電装置２の充電可能な電力量および放電可能な電力量とに基づいて、運転計画部６５において蓄電装置２の充電運転および放電運転の計画を含む運転計画を作成する（ステップＳ３００）。
なお、運転計画としては、給湯装置３１の蓄湯運転を実行する時刻を決定するものが含まれるが、本開示の要旨ではないため、説明を省略する。

（運転計画）
運転計画部６５は、図２に示すように放電の運転計画を作成する放電運転計画部６５ａと、充電の運転計画を作成する充電運転計画部６５ｂとを備える。
（放電運転計画）
まず、放電運転計画部６５ａによる放電運転計画の作成について説明する。
この放電運転計画は、運転計画の作成対象の住宅Ｈにおける翌日の消費電力量の予測値およびパワーコンディショナＰＣの機種の出力効率に基づいて、放電を実行する時間帯である放電運転時間帯を設定する。

この放電運転計画を作成する処理の流れを図４のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップＳ３０１では、運転計画の作成対象の住宅Ｈに設置されているパワーコンディショナＰＣ（この例では、第２パワーコンディショナＰＣ２）の機種を邸情報データベース５１から読み込む。次のステップＳ３０２では、得られた機種情報に基づいて、パワーコンディショナＰＣの出力効率特性を読み込む。なお、この出力効率特性は、本実施の形態１では、予め機種情報と共に、邸情報データベース５１に記憶しているが、管理サーバ５内の他の記憶部に記憶させておいてもよい。

続くステップＳ３０３では、消費電力量予測部６１から、翌日の消費電力量の予測値を読み込む。なお、この消費電力量の予測値は、所定の時間帯毎の値であって、本実施の形態では、図６に示すように、１時間単位の時間帯毎の予測値としているが、この時間帯の時間幅は、１時間に限定されず、１分単位、１０分単位、１５分単位、３０分単位、２時間単位など任意に設定してよい。

次のステップＳ３０４では、時間帯毎の放電運転を行う優先順位を設定する。この優先順位は、消費電力を蓄電装置２の放電により賄った場合に、パワーコンディショナＰＣを高効率で運転可能な消費電力量の予測値の時間帯ほど高く設定する。そして、本実施の形態１では、この優先順位の設定において、第１優先時間帯、第２優先時間帯、第３優先時間帯の３段階に設定する。

図６に消費電力量と、放電運転の優先順位との関係の一例を示している。
この例は、パワーコンディショナＰＣ（第２パワーコンディショナＰＣ２）の効率特性が、最大出力２ｋＶＡであり、かつ、２ｋＶＡでの放電時に、効率が最も良く、かつ、出力を２ｋＶＡよりも低くするほど、効率が低下する特性とする。

この場合、第１優先時間帯は、パワーコンディショナＰＣが最も高効率で運転できる時間帯であり、消費電力量が１６００Ｗを越える時間帯としている。
第２優先時間帯は、第１優先時間帯の次にパワーコンディショナＰＣを高効率で運転できる時間帯であり、消費電力量が６００Ｗ〜１６００Ｗの範囲の時間帯としている。
第３優先時間帯は、第２優先時間帯の次にパワーコンディショナＰＣを高効率で運転できる時間帯であり、消費電力量が３００Ｗ〜６００Ｗの時間帯としている。

そこで、図６に示す例では、１時間毎の消費電力量の予測値が１６００Ｗ超える朝の７時台、夕方の１７時台〜１９時台を第１優先時間帯として設定する。また、１時間毎の消費電力量の予測値が６００Ｗ超え、１６００Ｗに満たない朝６時台、昼の１２時台、夜の２０時台〜２２時台を第２優先時間帯として設定する。さらに、１時間毎の消費電力量の予測値が６００Ｗに満たない朝の８時台、１０時台〜１１時台、１３時台〜１４時台、１６時台、２３時台〜２４時台を、第３優先時間帯に設定する。

上記のように時間帯毎に優先順位を設定した後に進むステップＳ３０５では、優先順位に基づいて放電運転の運転計画を作成する。この場合、優先順位が高い時間帯から順に放電運転を実行する時間帯である放電運転時間帯を設定する。また、優先順位が共通する時間帯では、遅い方の時間帯から放電運転時間帯として設定する。そして、この放電運転時間帯の設定は、放電運転時間帯として設定した時間帯の消費電力量の積算値が蓄電装置２の蓄電容量が下限残容量（下限値＝本実施の形態１では蓄電残量０）となるまで行う。

例えば、図６に示す例において、第１優先時間帯の消費電力量と第２優先時間帯の消費電力量とを積算しても、蓄電装置２の蓄電残量が下限残容量（＝０）を越えず、第３優先時間帯において蓄電残量が下限残容量（＝０）となる場合を例として説明する。この場合、第３優先時間帯において、２４時台、２３時台と遅い側から放電運転時間帯として設定する。そして、例えば、１３時台の消費電力量を積算して、蓄電残量が下限残容量（＝０）となった場合、８時台、１０時台、１１時台、１３時台の放電量は０に設定する。

なお、蓄電残量が設定放電可能電力量（＝０）となるのをできるだけ遅い時間帯とするのは、外部の系統電力網Ｅが停電した時のために、蓄電装置２の蓄電残量をなるべく遅い時間まで確保するためである。したがって、運転計画を作成するのにあたり、下限残容量は、上記のように０とせずに、停電時の電力として所定の蓄電量を確保するようにしてもよい。

（充電運転計画）
次に、充電運転計画部６５ｂにおける、充電運転計画の作成について説明する。
この充電運転計画の作成は、計画対象の住宅Ｈにおける１日の消費電力量の予測値、発電電力量の予測値およびパワーコンディショナＰＣの機種の出力効率特性に基づいて計画する。

この充電運転計画の作成の処理の流れを、図５のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップＳ３１１では、計画の作成対象の住宅Ｈに設置されているパワーコンディショナＰＣの機種を邸情報データベース５１から読み込む。次のステップＳ３１２では、パワーコンディショナＰＣの機種に基づいて、パワーコンディショナＰＣ（この例では、第２パワーコンディショナＰＣ２）の出力効率特性を、邸情報データベース５１から読み込む。なお、第２パワーコンディショナＰＣ２は、放電時と同様に、２ｋＶＡで運転する場合に最も効率が良いものとする。

続くステップＳ３１３では、消費電力量予測部６１から、翌日の時間帯毎の消費電力量の予測値を読み込むとともに、発電電力量予測部６２から、翌日の時間帯毎の発電電力量の予測値を読み込む。さらに、次のステップＳ３１４では、余剰電力量演算部６３において、発電電力量の予測値から消費電力量の予測値を差し引いて、時間帯毎の余剰電力量の予測値を演算する。

次のステップＳ３１５では、余剰電力量に基づいて、時間帯毎に充電運転の優先順位を設定する。この優先順位は、パワーコンディショナＰＣを高効率で運転可能な時間帯を、第１優先時間帯と第２優先時間帯の２段階に設定する。

この場合、第１優先時間帯は、パワーコンディショナＰＣ（第２パワーコンディショナＰＣ２）が最も高効率で運転できる時間帯であって、余剰電力量（充電電力量）が２０００Ｗを越える時間帯に設定する。
また、第２優先時間帯は、余剰電力量（充電電力量）が１０００Ｗ〜２０００Ｗの範囲の時間帯に設定する。
そこで、図７に示す例では、１０時台〜１４時台を第１優先時間帯に設定する。また、朝９時台、昼の１５時台を第２優先時間帯に設定する。

上記のように時間帯毎に優先順位を設定した後に進むステップＳ３１６では、優先順位に基づいて充電運転の運転計画を作成する。すなわち、優先順位が高い時間帯から順に充電運転を実行する時間帯である充電運転時間帯として設定する。さらに、優先順位が共通する時間帯では、早い方の時間帯から充電運転時間帯として設定する。そして、この充電運転時間帯の設定は、充電運転時間帯として設定した時間帯の余剰電力量（＝充電量）が蓄電装置２の満充電容量となるまで行う。

例えば、図７に示す例において、第１優先時間帯において、最も早い時刻の１０時台の時間帯から、遅い時間帯（１４時台）に向けて順に充電運転時間として設定する。そして、第１優先時間帯における積算した余剰電力量（＝充電量）が蓄電装置２を満充電とする容量に達しない場合は、第２優先時間帯の早い時間帯である９時台を優先して運転時間として設定する。そして、この９時台の運転で満充電となる場合は、１５時台は充電運転を行わない時間帯として設定とする。

以上説明した運転計画部６５において作成された充電運転計画および放電運転計画は、通信網Ｎを介して住宅ＨのコントローラＣＬに送られ、このコントローラＣＬの制御に基づいて、パワーコンディショナＰＣや負荷群３の運転が制御される。

（実施の形態１の作用）
次に、実施の形態１の作用について説明する。
管理サーバ５では、住宅Ｈの１軒１軒のパワーコンディショナＰＣの機種およびその出力効率情報を、各住宅Ｈに関連付けて記憶する。
また、住宅Ｈの建築後の消費電力量および発電量が計測装置４により計測され、その計測値が、管理サーバ５に送られ、電力履歴データベース５２に記憶される。
さらに、各住宅Ｈにおける給湯装置３１、空調装置３２の運転パターンが、気象情報に関連付けられて運転パターンデータベース５５に記憶される。
また、毎日の気温、日射量のデータが、気象データベース５４に記憶される。

一方、管理サーバ５の制御部６では、消費電力量予測部６１および発電電力量予測部６２において、翌日の消費電力量および発電電力量を、その前日に演算する。この予測は、過去の電力履歴データと、翌日の天気予報とに基づいて行う。

すなわち、消費電力量予測部６１では、過去の気温と、空調運転パターンおよび給湯運転パターンと、翌日の天気予報（気温）とに基づいて気象に関連する消費電力量の予測値を演算する（Ｓ１０２）。さらに、気象に関連しないその他の消費電力量を予測し（Ｓ１０３）、これを気象に関連する消費電力量に加算し、消費電力量の予測値とする（Ｓ１０４）。

また、発電電力量予測部６２では、翌日の気象予報データに基づく日射量および過去の暦および日射量に関連付けられた発電電力量の履歴データに基づいて、発電電力量の予測値を求める（Ｓ１０５）。

運転計画部６５の放電運転計画部６５ａでは、運転計画の作成対象の住宅Ｈに設置されたパワーコンディショナＰＣの機種から、機種に応じた出力効率特性を読み込む。そして、翌日の一時間毎の消費電力量の予測値と、パワーコンディショナＰＣ（第２パワーコンディショナＰＣ２）の出力効率とに基づいて、各時間帯の放電運転の優先順位を設定する。

すなわち、翌日の１時間毎の消費電力量の予測値が、図６に示す値である場合、消費電力量が１６００Ｗを超える時間帯（７時台、１７時台〜１９時台）を第１優先時間帯として設定する。また、消費電力量が６００Ｗ〜１６００Ｗの範囲の時間帯（６時台、１２時台、２０時台〜２２時台）を第２優先時間帯として設定する。さらに、消費電力量が３００Ｗ〜６００Ｗの範囲の時間帯（８時台、１０時台、１１時台、１３時台、１４時台、１６時台、２３時台、２４時台）を第３優先時間帯として設定する。

そして、運転計画部６５では、優先順位が高い方から順に、放電運転時間帯として設定し、さらに、同一の優先順位では、遅い時間帯から順に、放電運転時間帯として設定する。また、この放電運転時間帯は、放電運転時間帯として設定した時間帯の消費電力量を積算し、積算値が蓄電装置２の蓄電容量を超える直前までの時間帯を、放電運転時間帯として設定し、それ以降の運転時間帯の設定を終了する。

本実施の形態１では、第１優先時間帯〜第２優先時間帯は、その全ての時間帯を放電運転時間帯として設定する。そして、第３優先時間帯では、最も遅い時間帯である２４時台から順に運転時間帯として設定する。そして、第３優先時間帯を放電運転時間として設定する途中で、消費電力量の積算値が蓄電装置２の蓄電量を超えた場合、蓄電池残量が０となる前の時間帯までの放電運転時間帯として設定し、これよりも前の第３優先時間帯は、放電を行わない時間帯とする。例えば、１０時台の消費電力量を積算すると、蓄電残量が０となる場合、第３優先時間帯の２４時台〜１１時台までの範囲を放電運転時間帯とし、それより早い時間帯の１０時、８時台は、放電を行わない時間帯として設定する。

さらに、運転計画部６５の充電運転計画部６５ｂでは、運転計画の作成対象の住宅Ｈに設置されたパワーコンディショナＰＣの機種に応じた出力効率と、翌日の一時間毎の消費電力量および発電電力量の予測値とに基づいて、充電運転の優先順位を設定する。

すなわち、翌日の１時間毎の消費電力量および発電電力量の予測値と、両者の差分である余剰電力量とが、図７に示すように変化する場合、余剰電力量に基づいて、充電の優先順位を設定する。
具体的には、余剰電力量が２０００Ｗを超える時間帯（１０時台〜１４時台）を第１優先時間帯として設定する。また、余剰電力量が１０００Ｗ〜２０００Ｗの範囲の時間帯（９時台、１５時台）を第２優先時間帯として設定する。

そして、運転計画部６５では、優先順位が高い方から順に、また、同一の優先順位では、早い時間帯から順に、放電運転時間帯として設定する。また、この放電運転時間帯は、放電運転時間帯として設定した時間帯の消費電力量を積算し、積算値が蓄電装置２の蓄電容量を超えた時点までの時間帯を、放電運転時間帯として設定し、それ以降の運転時間帯の設定を終了する。

運転計画部６５では、上記のように作成した放電運転時間帯および充電運転時間帯を、住宅Ｈのコントローラに出力し、コントローラは、送られてきた運転計画に基づいて、蓄電装置２の充放電を行う。

この場合、パワーコンディショナＰＣは、できる限り効率の良い充放電条件で、充電運転、放電運転を行うため、効率的な運転を行うことができる。
しかも、日々の消費電力量、発電電力量や気象条件に基づいて予測し、自動的に充放電の制御を行うことで、利用者の操作を不要としながら、上記効率的、経済的なメリットを享受できる。

さらに、蓄電装置２を放電して、その蓄電残量が０となるのは、できるだけ遅い時間となるため、停電時の電力量を確保しつつ、上記メリットを享受できる。
同様に、蓄電装置２の充電の際に、蓄電装置２が満充電となるタイミングをできるだけ早くなるように充電運転時間を設定するようにした。このため、急な曇りや雨により予定外に発電量が減るなどした場合に、その影響をできるだけ受けることがないようにできる。

（実施の形態１の効果）
以下に、本開示の実施の形態１の効果を列挙する。
１）実施の形態１の電力制御システムは、
住宅Ｈに設置された太陽電池パネル１および蓄電装置２と、
住宅Ｈで電力を消費する負荷群３と、
太陽電池パネル１で発電した電力の蓄電装置２への充電および蓄電装置２から負荷群３への放電を行う第２パワーコンディショナＰＣ２と、
負荷群３の消費電力量および太陽電池パネル１の発電量を計測する計測装置４と、
第２パワーコンディショナＰＣ２の運転を制御する制御装置としての制御部６およびコントローラＣＬと、
計測装置４の計測値を記憶するとともに、第２パワーコンディショナＰＣ２の機種に応じた出力効率情報を記憶する記憶部としての各データベース５１〜５５と、
各データベース５１〜５５に記憶した過去の計測値に基づいて、翌日の負荷群３の所定の幅の時間帯毎の消費電力量と、太陽電池パネル１の所定の幅の時間帯毎の発電電力量とを予測する消費電力量予測部６１および発電電力量予測部６２と、
を備え、
制御部６は、消費電力量および発電電力量の予測値と、第２パワーコンディショナＰＣ２の出力効率とに基づいて蓄電装置２が充放電を行う時間帯を計画する運転計画部６５を有する。
したがって、住宅Ｈによって、設置された第２パワーコンディショナＰＣ２の機種が異なったり、消費電力量が異なったりしても、パワーコンディショナＰＣを、効率良く充放電運転できる時間帯に運転させることが可能となる。
このため、不要に発電装置の容量を高くする必要も無くなる。

２）実施の形態１の電力制御システムは、
消費電力量予測部６１は、翌日の所定の幅の時間帯毎の消費電力量を予測し、
放電運転計画部６５ａは、消費電力量の予測値が、第２パワーコンディショナＰＣ２を効率良く運転できる値の時間帯ほど放電運転を行う時間帯の優先順位を高く設定し、
優先順位の高い時間帯から放電運転時間帯として設定する。
したがって、第２パワーコンディショナＰＣ２を、効率良く放電運転できる時間帯を中心に放電運転させる一方、効率が良くない時間の放電運転を抑えることができる。

３）実施の形態１の充放電制御装置は、
放電運転計画部６５ａは、放電運転時間帯として設定した時間帯の消費電力量の合計値が、蓄電装置２の蓄電残量が予め設定された放電可能な下限値になるまでの時間帯に基づいて放電運転時間帯を設定する。
したがって、蓄電装置２の放電可能な蓄電容量の全量を効率良く放電させることができる。

４）実施の形態１の電力制御システムは、
放電運転計画部６５ａは、放電運転を行う優先順位が同じ時間帯では、遅い時間帯を優先して放電運転時間帯として設定する。
したがって、蓄電装置２に、停電時等に放電可能な蓄電残量を確保しつつ、蓄電装置２の放電可能な蓄電容量の全量を効率良く放電させることができる。

５）実施の形態１の電力制御システムは、
充電運転計画部６５ｂは、発電電力量の予測値と、第２パワーコンディショナＰＣ２の出力効率と、に基づいて蓄電装置２に充電を行う充電時間帯を計画する。
したがって、第２パワーコンディショナＰＣ２を、効率良く充電運転できる時間帯を中心に充電運転させる一方、効率が良くない時間の充電運転を抑えることができる。

６）実施の形態１の電力制御システムは、
消費電力量予測部６１および発電電力量予測部６２は、翌日の所定の時間帯毎の消費電力量と発電電力量とを予測し、
余剰電力量演算部６３は、所定の時間帯毎に発電電力量から消費電力量を差し引いた余剰電力量を求め、
さらに、充電運転計画部６５ｂは、余剰電力量の値が、第２パワーコンディショナＰＣ２を効率良く運転できる値の時間帯ほど充電運転を行う時間帯の優先順位を高く設定し、優先順位の高い時間帯から充電運転時間帯として設定する。
したがって、第２パワーコンディショナＰＣ２を、効率良く充電作動させることができる。

７）実施の形態１の電力制御システムは、
充電運転計画部６５ｂは、充電運転時間帯として設定した時間帯における余剰電力量の合計値が、蓄電装置２の蓄電容量となるまで時間帯を充電運転時間帯として設定する。
したがって、太陽電池パネル１の発電電力を、蓄電装置２が満充電となるまで充電できるとともに、住宅Ｈ内で消費できる。

８）実施の形態１の電力制御システムは、
充電運転計画部６５ｂは、充電を行う優先順位が同じ時間帯では、早い時間帯を優先して充電運転時間帯として設定する。
したがって、蓄電装置２をできるだけ早期に満充電状態とし、天候急変による太陽電池パネル１の発電不良などが生じて、蓄電装置２が満充電とすることができない不具合を生じにくくできる。

９）実施の形態１の電力制御システムは、
制御装置として、住宅Ｈに設けられて第２パワーコンディショナＰＣ２の運転を制御するコントローラＣＬと、複数の住宅Ｈに設置されたコントローラＣＬと通信可能な管理サーバ５とが含まれ、
管理サーバ５に設置された各データベース５１〜５５に、複数の住宅Ｈに設置された第２パワーコンディショナＰＣ２の機種と、この機種毎の出力効率情報とが記憶され、
運転計画部６５は、住宅Ｈ毎に、運転計画を作成し、この運転計画を各住宅Ｈに設置されたコントローラＣＬに出力する。
したがって、複数の住宅Ｈに設置された第２パワーコンディショナＰＣ２の充放電の運転計画を、管理サーバ５の運転計画部６５により住宅Ｈ毎に作成することができる。そして、その運転計画は、各住宅Ｈの第２パワーコンディショナＰＣ２の機種が異なっていても、その機種に応じたものとして、第２パワーコンディショナＰＣ２を効率良く運転させることができる。

以上、図面を参照して、本開示の充放電制御装置の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、実施の形態では、本開示の充放電制御装置を適用する建物として住宅を例に挙げたが、住宅以外の建物に適用することも可能である。
また、実施の形態では、発電装置として太陽光により発電する太陽電池パネルを例示したが、発電装置としてはこれに限定されず、風力、水力など、太陽光以外のものから発電するものにも適用することができる。

また、実施の形態では、充放電制御装置として、管理サーバを含む電力制御システムを示したが、これに限定されず、建物内において充放電を制御する装置に適用してもよい。この場合、パワーコンディショナの機種、この機種に応じた出力効率情報は、初期設定時に入力してもよい。また、この場合、気象情報は、インターネットなどの通信網を介して入力することができる。
さらに、実施の形態では、充電の運転計画と放電の運転計画とを作成するものを示したが、充電と放電とのいずれか一方のみの運転計画を作成するものとしてもよい。
また、出力効率としては、本実施の形態では、充電と放電とで同じ条件のものを示したがこれに限定されず、充電時と放電時とで、最も効率が良い出力条件が異なるものであってもよい。

また、実施の形態では、将来の運転計画として、翌日の運転計画を作成する例を示したが、運転計画を作成する対象日は、翌日に限定されない。例えば、翌々日以降の特定の日であってもよいし、あるいは、一週間など、複数日に亘って運転計画を作成するようにしてもよい。

また、実施の形態では、放電運転時間帯の設定にあたり、放電運転時間帯といて設定した時間帯の消費電力量の予測値の積算値が蓄電装置２の蓄電容量を超える直前までの時間帯を放電運転時間帯として設定する例を示した。しかしながら、下限残容量を蓄電残量＝０とせずに停電時のために、ある程度の残量を確保している場合には、消費電力量の積算値が蓄電容量を超える時間帯までを放電運転時間帯として設定してもよい。

１ 太陽電池パネル（発電装置）
２ 蓄電装置
３ 負荷群（電力負荷）
４ 計測装置
５ 管理サーバ
６ 制御部
３１ 給湯装置（電力負荷）
３２ 空調装置（電力負荷）
５１ 邸情報データベース
５２ 電力履歴データベース
５３ 電力価格データベース
５４ 気象データベース
５５ 運転パターンデータベース
６１ 消費電力量予測部
６３ 余剰電力量演算部
６５ 運転計画部
６５ａ 放電運転計画部
６５ｂ 充電運転計画部
ＣＬ コントローラ（制御部）
Ｅ 系統電力網
Ｈ１，・・・，ＨＸ 住宅
ＰＣ パワーコンディショナ
ＰＣ１ 第１パワーコンディショナ
ＰＣ２ 第２パワーコンディショナ

Claims (3)

1. 建物に設置された発電装置および蓄電装置と、
   前記建物で電力を消費する電力負荷と、
   前記発電装置で発電した電力の前記蓄電装置への充電および前記蓄電装置から前記電力負荷への放電を行うパワーコンディショナと、
   前記電力負荷の消費電力量および前記発電装置の発電量を計測する計測装置と、
   前記パワーコンディショナの運転を制御する制御装置と、
   前記計測装置の計測値を記憶するとともに、前記パワーコンディショナの機種に応じた出力効率情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶した過去の前記計測値に基づいて、将来の前記電力負荷の所定の幅の時間帯毎の消費電力量と、前記発電装置の所定の幅の時間帯毎の発電電力量とを予測する予測部と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記予測部が予測した値と、前記パワーコンディショナの出力効率とに基づいて前記蓄電装置が充放電を行う時間帯を計画する運転計画部を有し、
   前記予測部は、翌日の所定の幅の時間帯ごとの前記消費電力量を予測し、
   前記運転計画部は、前記消費電力量の予測値が、前記パワーコンディショナを効率良く運転できる値の時間帯ほど放電運転を行う時間帯の優先順位を高く設定し、
   前記優先順位の高い時間帯から放電運転時間帯として設定する充放電制御装置。
2. 請求項１に記載の充放電制御装置において、
   前記運転計画部は、前記放電運転時間帯として設定した時間帯の前記消費電力量の合計値が、前記蓄電装置の蓄電残量が予め設定された放電可能な下限値になるまでの時間帯に基づいて前記放電運転時間帯を設定する充放電制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の充放電制御装置において、
   前記運転計画部は、前記放電運転を行う優先順位が同じ時間帯では、遅い時間帯を優先して前記放電運転時間帯として設定する充放電制御装置。
   

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