JP7336172B2 - Control device for hydrogen system, hydrogen generation system, and control method for hydrogen system - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、水素システムの制御装置、水素生成システム、及び水素システムの制御方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a control device for a hydrogen system, a hydrogen generation system, and a control method for a hydrogen system.

再生可能エネルギー発電装置の電力を用いて、水素を製造する水素システムが一般に知られている。このような水素システムでは、電力系統に供給する電力の需給バランスを調整しつつ、水素の製造が行われる。 A hydrogen system that produces hydrogen using power from a renewable energy power generator is generally known. In such a hydrogen system, hydrogen is produced while adjusting the supply and demand balance of electric power supplied to the electric power system.

一方で、所定時間後(例えば5分後)の電力系統に供給する電力供給量の調整が求められる。この場合、計画した電力の所定範囲に例えば5分間隔で計測される電力を調整する必要がある。ところが、水素システムが有する水素貯蔵装置の貯蔵量が所定値を超えると、水素製造装置を停止させる制御が行われる。また、貯蔵量が下限に達すると補機を停止させる場合がある。これにより、水素製造装置、及び補機などが急峻に停止すると、電力系統に供給する瞬時電力の変動が大きくなり、電力供給量の調整に失敗する恐れがある。 On the other hand, it is required to adjust the amount of power supplied to the power system after a predetermined time (for example, after 5 minutes). In this case, it is necessary to adjust the power measured at intervals of 5 minutes, for example, within the predetermined range of the planned power. However, when the storage amount of the hydrogen storage device of the hydrogen system exceeds a predetermined value, control is performed to stop the hydrogen production device. Also, when the storage amount reaches the lower limit, the auxiliary machine may be stopped. As a result, if the hydrogen production device, auxiliary equipment, etc. suddenly stop, fluctuations in the instantaneous power supplied to the power system will increase, and there is a risk that the adjustment of the power supply amount will fail.

特開2018-85862号公報JP 2018-85862 A

本発明が解決しようとする課題は、水素製造装置が生成した水素の貯蔵量に応じて再生可能エネルギー発電装置における出力電力の調整が可能な水素システムの制御装置、水素システム、及び水素システムの制御方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is a hydrogen system control device capable of adjusting the output power of a renewable energy power generation device according to the storage amount of hydrogen generated by the hydrogen production device, the hydrogen system, and the control of the hydrogen system. to provide a method.

本実施形態に係る水素システムの制御装置は、再生可能エネルギー発電装置から供給される発電電力を出力電力に変換する変換部と、出力電力および電力系統から供給される電力を加えた入力電力により水素を製造する水素製造装置とを、制御する水素システムの制御装置であって、水素製造装置が製造する水素を貯蔵する水素貯蔵装置の貯蔵量に関する水素貯蔵情報を取得する取得部と、水素貯蔵情報に基づき、出力電力を調整する制御を変換部に行う制御部と、を備える。 A control device for a hydrogen system according to the present embodiment includes a conversion unit that converts generated power supplied from a renewable energy power generation device into output power, and an input power that is the sum of the output power and power supplied from a power system. a hydrogen system control device that controls a hydrogen production device that produces and a control unit that controls the conversion unit to adjust the output power based on the above.

本実施形態によれば、水素製造装置が生成した水素の貯蔵量に応じて再生可能エネルギー発電装置における出力電力の調整を行うことができる。 According to this embodiment, it is possible to adjust the output power of the renewable energy power generation device according to the storage amount of hydrogen generated by the hydrogen production device.

水素システムの構成を示すブロック図。A block diagram showing the configuration of a hydrogen system. 制御装置の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a control device; 需給調整時間帯における制御部の制御例を示す図A diagram showing an example of control by the control unit during the supply and demand adjustment period 停止時における入力電力の瞬時電力への影響を説明する図。FIG. 10 is a diagram for explaining the influence of input power on instantaneous power at the time of stop; 水素製造量を抑制する場合の制御例を示す図。The figure which shows the example of control in the case of suppressing the amount of hydrogen production. 水素貯蔵タンク圧力に応じて変化量を演算する例を示す図。The figure which shows the example which calculates a change amount according to a hydrogen storage tank pressure. 図6で示す変化量で制御した例を示す図。The figure which shows the example controlled by the variation|change_quantity shown in FIG. 制御例を示すフローチャート。4 is a flowchart showing an example of control; 第2実施形態に係る制御装置のブロック図。The block diagram of the control apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 補正した入力電力、出力電力による制御例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an example of control using corrected input power and output power; 第3実施形態に係る制御装置のブロック図。The block diagram of the control apparatus which concerns on 3rd Embodiment.

以下、本発明の実施形態に係る水素システムの制御装置、水素生成システム、及び水素システムの制御方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
(第1実施形態)
Hereinafter, a hydrogen system control device, a hydrogen generation system, and a hydrogen system control method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments shown below are examples of embodiments of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to these embodiments. In addition, in the drawings referred to in this embodiment, the same reference numerals or similar reference numerals are given to the same portions or portions having similar functions, and repeated description thereof may be omitted. Also, the dimensional ratios in the drawings may differ from the actual ratios for convenience of explanation, and some of the configurations may be omitted from the drawings.
(First embodiment)

図1は、第1実施形態に係る水素生成システム1の構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係る水素生成システム1は、水素を生成するシステムであり、水素システム10と、エネルギー管理システム20と、制御装置30とを備えている。図1では、更に電力系統Epsが図示されている。電力系統Epsは、例えば電力会社が管理する送配電網である。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a hydrogen generation system 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1 , the hydrogen generation system 1 according to this embodiment is a system for generating hydrogen, and includes a hydrogen system 10 , an energy management system 20 and a control device 30 . FIG. 1 also shows the power system Eps. The power system Eps is, for example, a power transmission and distribution network managed by an electric power company.

水素システム10は、水素システム10内の再生可能エネルギー発電装置が生成する発電電力を電力系統Epsに供給する。また、水素システム10は、発電電力の一部により水素を製造する。水素システム10の詳細は後述する。 The hydrogen system 10 supplies power generated by the renewable energy power generators in the hydrogen system 10 to the electric power system Eps. In addition, the hydrogen system 10 produces hydrogen using part of the generated power. Details of the hydrogen system 10 will be described later.

エネルギー管理システム20は、水素システム10の運転計画を作成するシステムである。運用計画は、一般には1日を30分単位で分割した48分割の運転計画である。例えば、エネルギー管理システム20は、時間区間毎における電力系統Epsからの目標受電電力量、再生可能エネルギー発電装置の予測発電電力、水素製造量などの情報を含む指令信号を制御装置30に出力する。なお、目標受電電力量は、プラス(+)のときは受電を意味し、マイナス(-)のときは売電、すなわち逆潮流を意味する。 The energy management system 20 is a system that creates an operation plan for the hydrogen system 10 . The operation plan is generally a 48-part operation plan obtained by dividing one day into 30-minute units. For example, the energy management system 20 outputs to the control device 30 a command signal including information such as the target amount of power received from the power system Eps for each time interval, the predicted power generated by the renewable energy power generation device, and the amount of hydrogen produced. When the target received power amount is plus (+), it means receiving power, and when it is minus (-), it means selling power, that is, reverse power flow.

制御装置30は、エネルギー管理システムが作成する運転計画に基づき、水素システム10を制御する制御装置である。制御装置30の詳細は後述する。 The control device 30 is a control device that controls the hydrogen system 10 based on the operation plan created by the energy management system. Details of the control device 30 will be described later.

ここで、水素システム10の構成を説明する。水素システム10は、再生可能エネルギー発電装置10a、パワーコンディショナ10b、水素製造装置10c、水素貯蔵装置10d、及び補機10eを有する。図1では、さらに水素負荷HRが図示されている。 Here, the configuration of the hydrogen system 10 will be described. The hydrogen system 10 has a renewable energy power generation device 10a, a power conditioner 10b, a hydrogen production device 10c, a hydrogen storage device 10d, and an auxiliary machine 10e. FIG. 1 also shows the hydrogen load HR.

再生可能エネルギー発電装置10aは、自然エネルギー由来の発電設備を有する。この再生可能エネルギー由来の発電設備は、例えば太陽光を用いた太陽光発電装置である。再生可能エネルギー発電装置10aは、発電電力Pvの交流電力値の情報を含む測定信号を制御装置30に出力する。 The renewable energy power generation device 10a has power generation equipment derived from natural energy. This renewable energy-derived power generation facility is, for example, a photovoltaic power generation device using sunlight. The renewable energy power generation device 10a outputs to the control device 30 a measurement signal including information on the AC power value of the generated power Pv.

再生可能エネルギー発電装置10aは、化石燃料などの燃料が不要であるが、その発電量は天候などの環境の影響を受けるため不安定である。なお、再生可能エネルギー発電装置10aは、風力発電設備でもよく、或いはバイオマスやバイオマス由来廃棄物などの新エネルギーを利用した発電設備でもよい。 The renewable energy power generation device 10a does not require fuel such as fossil fuel, but its power generation is unstable because it is affected by the environment such as the weather. The renewable energy power generator 10a may be a wind power generation facility, or a power generation facility using new energy such as biomass or biomass-derived waste.

パワーコンディショナ10bは、例えばコンバータを含んで構成される。このコンバータは、例えば再生可能エネルギー発電装置10aが出力した直流の発電電力Pvを交流の出力電力Pcs(k)に変換する。より具体的には、パワーコンディショナ10bは、制御装置30から入力され出力電力Pcs(k)の情報を含む指令信号に従い、発電電力Pv(k)を所定値に変換した出力電力Pcs(k)を水素製造装置10cに供給する。すなわち、パワーコンディショナ10bが出力する出力電力Pcs(k)の大きさは制御装置30に調整される。なお、本実施形態に係るパワーコンディショナ10bが変換部に対応する。ここで、kは時間を意味する。 The power conditioner 10b includes, for example, a converter. This converter converts, for example, the DC power Pv output by the renewable energy power generator 10a into AC output power Pcs(k). More specifically, power conditioner 10b converts generated power Pv(k) into a predetermined value in accordance with a command signal that is input from control device 30 and includes information on output power Pcs(k). is supplied to the hydrogen production device 10c. That is, the control device 30 adjusts the magnitude of the output power Pcs(k) output by the power conditioner 10b. Note that the power conditioner 10b according to the present embodiment corresponds to the conversion section. where k means time.

水素製造装置10cは、整流器へ供給された電気と、水とを用いて、水電解により水素を製造する。この水素製造装置10cは、パワーコンディショナ10bが出力する出力電力Pcsと電力系統Epsから供給される瞬時電力Pとを合わせた電力の一部である入力電力Eにより水素を製造する。また、水素製造装置10cは、例えばアルカリ性の溶液に電流を流すことにより、水素及び酸素を製造する電気水分解装置である。さらにまた、水素製造装置10cは、水素配管を介して、生成した水素量H(k)を、水素貯蔵装置10dに蓄える。 The hydrogen production device 10c produces hydrogen by water electrolysis using the electricity supplied to the rectifier and water. The hydrogen production device 10c produces hydrogen from an input power E that is a part of power obtained by combining the output power Pcs output from the power conditioner 10b and the instantaneous power P supplied from the power system Eps. The hydrogen production device 10c is an electrolysis device that produces hydrogen and oxygen, for example, by passing an electric current through an alkaline solution. Furthermore, the hydrogen production device 10c stores the generated hydrogen amount H(k) in the hydrogen storage device 10d via the hydrogen pipe.

水素貯蔵装置10dは、水素製造装置10cにより製造された水素を蓄える。この水素貯蔵装置10dは、例えば水素貯蔵タンクを有する。また、水素貯蔵タンク内の水素圧力の情報は制御装置30に出力される。 The hydrogen storage device 10d stores the hydrogen produced by the hydrogen production device 10c. This hydrogen storage device 10d has, for example, a hydrogen storage tank. Information on the hydrogen pressure in the hydrogen storage tank is also output to the control device 30 .

水素貯蔵装置10dは、水素製造装置10cと、水素負荷HRと、に配管を介して接続される。また、水素貯蔵装置10dは、配管を介して、水素負荷HRに水素を供給する。水素負荷HRは、例えば燃料電池発電装置、燃料電池自動車などである。なお、再生可能エネルギー発電装置10a及びパワーコンディショナ10bは水素システム10外に配置してもよい。すなわち、水素システム10は、再生可能エネルギー発電装置10a及びパワーコンディショナ10bを含まない構成でもよい。 The hydrogen storage device 10d is connected to the hydrogen production device 10c and the hydrogen load HR via piping. In addition, the hydrogen storage device 10d supplies hydrogen to the hydrogen load HR through piping. The hydrogen load HR is, for example, a fuel cell power generator, a fuel cell vehicle, or the like. Note that the renewable energy power generator 10 a and the power conditioner 10 b may be arranged outside the hydrogen system 10 . That is, the hydrogen system 10 may be configured without the renewable energy power generator 10a and the power conditioner 10b.

補機10eは、水素製造装置10cが水素を製造するために必要とする装置である。例えば、水素製造装置10cに水を供給するポンプなどである。水素製造装置10cの空調設備、水素貯蔵装置10dにおける水素貯蔵タンクの圧縮機などである。補機10eは、例えば、パワーコンディショナ10bが出力する出力電力Pcsと電力系統Epsから供給される瞬時電力Pとを合わせた電力の一部である補機電力Apにより駆動する。 Auxiliary device 10e is a device required for hydrogen production device 10c to produce hydrogen. For example, it is a pump that supplies water to the hydrogen production device 10c. These include the air conditioning equipment of the hydrogen production device 10c, the compressor of the hydrogen storage tank in the hydrogen storage device 10d, and the like. The auxiliary machine 10e is driven by, for example, auxiliary machine power Ap, which is a part of the combined power of the output power Pcs output by the power conditioner 10b and the instantaneous power P supplied from the power system Eps.

図2は、制御装置30の構成を示すブロック図である。図2に示すように、制御装置30は、記憶部30aと、インターフェース部30bと、制御部30cとを有する。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control device 30. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, the control device 30 has a storage section 30a, an interface section 30b, and a control section 30c.

記憶部30aは、例えばRAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク等により実現される。この記憶部30aは、制御部30cが実行するプログラムと、各種の制御用のデータを記憶する。 The storage unit 30a is implemented by, for example, a RAM (Random Access Memory), a semiconductor memory device such as a flash memory, a hard disk, or the like. The storage unit 30a stores programs executed by the control unit 30c and various control data.

インターフェース部30bは、再生可能エネルギー発電装置10a(図1)、水素製造装置10c(図1)、及び水素貯蔵装置10d(図1)、エネルギー管理システム20(図1)と通信する。これにより、インターフェース部30bは、瞬時電力P(k)、発電電力Pv(k)、出力電力Pcs(k)、水素製造量H(k)、及び水素貯蔵量Hs(k)の測定値を水素システム10から取得する。水素貯蔵量Hs(k)は、水素貯蔵装置10dの水素貯蔵タンク内の貯蔵量を意味する。 The interface unit 30b communicates with the renewable energy power generation device 10a (FIG. 1), the hydrogen production device 10c (FIG. 1), the hydrogen storage device 10d (FIG. 1), and the energy management system 20 (FIG. 1). As a result, the interface unit 30b converts the instantaneous power P(k), the generated power Pv(k), the output power Pcs(k), the hydrogen production amount H(k), and the hydrogen storage amount Hs(k) into hydrogen Obtained from system 10 . The hydrogen storage amount Hs(k) means the storage amount in the hydrogen storage tank of the hydrogen storage device 10d.

例えば、水素貯蔵量Hs(k)は、水素貯蔵タンク内の圧力に応じて換算される。また、水素貯蔵タンクには水素貯蔵時の上限圧力が設定される。例えば、上限圧力は、0.8メガパスカルである。また、インターフェース部30bは、需給調整時間帯、ベース電力、目標とする出力変化量ΔkWの情報をエネルギー管理システム20から取得する。 For example, the hydrogen storage amount Hs(k) is converted according to the pressure in the hydrogen storage tank. Also, the hydrogen storage tank is set with an upper limit pressure for hydrogen storage. For example, the upper pressure limit is 0.8 MPa. The interface unit 30b also acquires information on the supply and demand adjustment time period, the base power, and the target output change amount ΔkW from the energy management system 20 .

制御部30cは、例えばCPU(Central Processing Unit)を含んで構成され、記憶部30aに記憶されるプログラムに基づき、制御を実行する。この制御部30cは、演算部302と、出力部304とを、有する。演算部302は、水素製造抑制量算出部306と、指令値演算部308とを有する。 The control unit 30c includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), and executes control based on a program stored in the storage unit 30a. This control unit 30 c has a calculation unit 302 and an output unit 304 . The calculation unit 302 has a hydrogen production suppression amount calculation unit 306 and a command value calculation unit 308 .

演算部302は、需給調整時間帯、ベース電力、及び出力変化量ΔkWの情報に基づき、水素製造量H(k)、入力電力E(k)、出力電力Pcs(k)、瞬時電力P(k)を演算する。水素製造量H(k)と入力電力E(k)には、例えば(1)式に示す関係があり、水素製造量H(k)から入力電力E(k)を演算可能である。
H(k)=η×E(k) (1)
また、瞬時電力P(k)は、例えば入力電力E(k)と補機電力Ap(k)を合わせた電力から出力電力Pcs(k)を減じた値である。
Based on the information on the supply and demand adjustment time period, the base power, and the output change amount ΔkW, the calculation unit 302 calculates the hydrogen production amount H(k), the input power E(k), the output power Pcs(k), the instantaneous power P(k ). The hydrogen production amount H(k) and the input electric power E(k) have the relationship shown in the formula (1), for example, and the input electric power E(k) can be calculated from the hydrogen production amount H(k).
H(k)=η×E(k) (1)
The instantaneous power P(k) is, for example, a value obtained by subtracting the output power Pcs(k) from the sum of the input power E(k) and the auxiliary power Ap(k).

出力部304は、水素製造量H(k)に基づく入力電力E(k)の情報を有する第1指令値を水素製造装置10cに出力し、出力電力Pcs(k)の情報を有する第2指令値をパワーコンディショナ10bに出力する。これらの第1指令値、及び第2指令値に応じて、水素製造装置10c、及びパワーコンディショナ10bが制御される。 The output unit 304 outputs a first command value having information on the input power E(k) based on the hydrogen production amount H(k) to the hydrogen production device 10c, and outputs a second command value having information on the output power Pcs(k). The value is output to the power conditioner 10b. The hydrogen generator 10c and the power conditioner 10b are controlled according to these first command value and second command value.

図3は、需給調整時間帯における制御部30cの制御例を示す図である。下図は、想定需要と実績需要との関係を示している。下図の縦軸は電力の需要量を示し、横軸は時間を示している。ラインL10が電力の需要実績の時系列値を示す。また、横棒B10が予め事業者が想定した電力の想定需要を示し、横棒B12が電力の需要実績を示す。すなわち、下図では、事業者が想定した電力の想定需要よりも需要実績の方が少ないことを示している。 FIG. 3 is a diagram showing a control example of the control unit 30c during the supply and demand adjustment time period. The figure below shows the relationship between expected demand and actual demand. In the figure below, the vertical axis indicates the amount of electricity demanded, and the horizontal axis indicates time. A line L10 indicates the time-series value of the actual power demand. Further, the horizontal bar B10 indicates the estimated power demand assumed in advance by the business operator, and the horizontal bar B12 indicates the actual power demand. In other words, the figure below shows that the actual demand is less than the expected demand for electricity assumed by the business operator.

ここで、需給調整時間帯は、エネルギー管理システム20から需給調整指令が発令される時間帯を意味する。需給調整指令とは、目標とする出力変化量ΔkWに現在のベース電力から瞬時電力Pを変化させる指令である。需給調整時間帯の中でいつ指令が来るか決まっておらず、需給調整の指令が来ない場合は需給調整できる状態で待機しておく必要がある。ベース電力とは、この待機状態での瞬時電力Pを意味する。図3の上図では、指令値が発令される前の瞬時電力Pに対応する。 Here, the supply and demand adjustment time period means a time period in which the energy management system 20 issues a supply and demand adjustment command. The supply and demand adjustment command is a command to change the instantaneous power P from the current base power to the target output change amount ΔkW. It is not decided when the command will come in the supply and demand adjustment time zone, and if the command for supply and demand adjustment does not come, it is necessary to stand by in a state where the supply and demand adjustment can be performed. Base power means instantaneous power P in this standby state. The upper diagram in FIG. 3 corresponds to the instantaneous electric power P before the command value is issued.

図3の上図は、縦軸は、横棒B10の値を0としたときの横棒B10と横棒B12との差分の絶対値を示し、横軸は、時間を示す。指令値は、ベース電力に出力変化量ΔkWを加算した値である。すなわち、ラインL20は、横棒B10の値を0としたときの横棒B10と横棒B12との差分の絶対値を示す。 In the upper diagram of FIG. 3, the vertical axis indicates the absolute value of the difference between the horizontal bar B10 and the horizontal bar B12 when the value of the horizontal bar B10 is 0, and the horizontal axis indicates time. The command value is a value obtained by adding the output change amount ΔkW to the base power. That is, the line L20 indicates the absolute value of the difference between the horizontal bar B10 and the horizontal bar B12 when the value of the horizontal bar B10 is set to 0.

図3の上図に示すように、需給調整時間帯では、出力変化量ΔkWの±10%以内に5分間隔で計測される瞬時電力Pを収める必要がある。すなわち、需給調整時間帯では、制御部30cは瞬時電力Pを出力変化量ΔkWの±10%以内に制御する必要がある。このように、需給調整時間帯では電力変化量が評価される。 As shown in the upper diagram of FIG. 3, it is necessary to keep the instantaneous electric power P measured at 5-minute intervals within ±10% of the output change amount ΔkW during the supply and demand adjustment period. In other words, the control unit 30c needs to control the instantaneous electric power P within ±10% of the output change amount ΔkW during the supply and demand adjustment time period. In this way, the power change amount is evaluated during the supply and demand adjustment time period.

また、需給調整時間帯に入る前に、事前審査時間として例えば180分が設定される。また、事前審査時間の前に例えば60分が設定される。この60分の中には一般に応答時間が含まれる。応答時間は、需給調整指令が発令されてから、ベース電力から指令値に瞬時電力Pが達するまでの時間である。事前審査時間と前の60分を合わせて、事前審査対象時間と称する。事前審査時間では、出力変化量ΔkWの±10%以内に5分間隔で計測される出力電力を収めることができるか否かを審査される。また、応答時間も審査され、短時間でベース電力から指令値に達するに従い評価が高くなる。このように、事前審査時間では、制御部30cは瞬時電力Pを出力変化量ΔkWの±10%以内に制御する必要がある。 For example, 180 minutes is set as the pre-examination time before entering the supply and demand adjustment period. For example, 60 minutes is set before the pre-examination time. This 60 minutes generally includes response time. The response time is the time from when the supply and demand adjustment command is issued until the instantaneous power P reaches the command value from the base power. The pre-screening time and the previous 60 minutes are collectively referred to as the pre-screening time. During the preliminary examination time, it is examined whether or not the output power measured at 5-minute intervals can be kept within ±10% of the amount of change in output ΔkW. Response time is also examined, and the higher the rating, the faster it goes from base power to the command value. As described above, during the pre-examination time, the control section 30c needs to control the instantaneous power P to within ±10% of the output change amount ΔkW.

ここで、演算部302の詳細を説明する。特に需給調整時間帯における瞬時電力Pを出力変化量ΔkWの±10%以内に制御するために、水素製造装置10cの停止時における入力電力E(k)の影響を抑制する制御例を説明する。 Here, details of the calculation unit 302 will be described. In particular, an example of control for suppressing the influence of the input power E(k) when the hydrogen production device 10c is stopped in order to control the instantaneous power P within the output change amount ΔkW within ±10% during the supply and demand adjustment period will be described.

まず、図4により水素製造装置10cの停止時における入力電力E(k)の瞬時電力P(k)への影響を説明する。図4は、水素製造装置10cの停止時における入力電力E(k)の瞬時電力P(k)への影響を説明する図である。縦軸は水素貯蔵タンクの圧力と電力を示し、横軸は、時間kを示す。 First, the effect of the input power E(k) on the instantaneous power P(k) when the hydrogen production device 10c is stopped will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the influence of the input power E(k) on the instantaneous power P(k) when the hydrogen production device 10c is stopped. The vertical axis indicates pressure and power in the hydrogen storage tank, and the horizontal axis indicates time k.

制御部30cの制御により、時刻k-1までは入力電力E(k)、補機電力Ap(k)、出力電力Pcs(k)が一定となり、瞬時電力P(k)が所定値(ベース電力+出力変化量ΔkW)の電力と一致している。しかし、時刻kにおいて水素貯蔵タンク圧力が上限圧力(0.8)に到達し、水素製造装置10cが停止する。これにより、入力電力E(k)が急峻に0となる。このように、水素製造装置10cが急激に停止すると、制御部30cによる出力電力Pcs(k)を低減する制御が、入力電力E(k)の低減よりも遅れ、瞬時電力P(k)が所定値(ベース電力+出力変化量ΔkW)の電力を維持できなくなってしまう。 Under the control of the control unit 30c, the input power E(k), the auxiliary power Ap(k), and the output power Pcs(k) are constant until time k−1, and the instantaneous power P(k) is kept at a predetermined value (base power + output change amount ΔkW). However, at time k, the hydrogen storage tank pressure reaches the upper limit pressure (0.8), and the hydrogen production device 10c stops. As a result, the input power E(k) abruptly becomes zero. In this way, when the hydrogen production device 10c suddenly stops, the control for reducing the output power Pcs(k) by the control unit 30c lags behind the reduction of the input power E(k), and the instantaneous power P(k) reaches a predetermined level. The power of the value (base power + output change amount ΔkW) cannot be maintained.

このため、演算部302は、水素製造装置10cの停止時における入力電力E(k)の瞬時電力P(k)への影響を抑制するように、水素製造量H(k)と、出力電力Pcs(k)とを演算する。例えば、演算部302は、水素貯蔵装置10dの水素貯蔵量が所定値を超えた場合に、水素貯蔵装置10dの水素貯蔵量が増加するに従い、入力電力E(k)、及び出力電力Pcs(k)が減少するように入力電力E(k)、及び出力電力Pcs(k)を演算する。 For this reason, the calculation unit 302 adjusts the hydrogen production amount H(k) and the output power Pcs (k) is calculated. For example, when the hydrogen storage amount of the hydrogen storage device 10d exceeds a predetermined value, the calculation unit 302 increases the input power E(k) and the output power Pcs(k ) is reduced, the input power E(k) and the output power Pcs(k) are calculated.

出力部304は、水素製造量H(k)に基づく第1指令値を水素製造装置10cに出力し、出力電力Pcs(k)に基づく第2指令値をパワーコンディショナ10bに出力する。 The output unit 304 outputs a first command value based on the hydrogen production amount H(k) to the hydrogen production device 10c, and outputs a second command value based on the output power Pcs(k) to the power conditioner 10b.

水素製造抑制量算出部306は、水素貯蔵タンク圧力に応じて水素製造量を抑制する水素製造量H(k)の変化量ΔH(k)を演算する。水素製造抑制量算出部306は、例えば、水素貯蔵タンク圧力が所定より大きくなると、水素製造量H(k)を減少させる一定値の変化量ΔH(k)を演算する。例えば、水素製造抑制量算出部306は、入力電力E(k)が逐次的に減少することにより、入力電力E(k)が0になり、水素製造装置10cが停止する時点と、水素貯蔵タンクが満タン、すなわち上限圧力に達するタイミングが一致するように、一定値の変化量ΔH(k)を演算する。 A hydrogen production suppression amount calculation unit 306 calculates a change amount ΔH(k) of the hydrogen production amount H(k) that suppresses the hydrogen production amount according to the hydrogen storage tank pressure. For example, when the hydrogen storage tank pressure exceeds a predetermined value, the hydrogen production suppression amount calculation unit 306 calculates a constant change amount ΔH(k) for decreasing the hydrogen production amount H(k). For example, the hydrogen production suppression amount calculation unit 306 determines the time at which the input power E(k) becomes 0 as the input power E(k) gradually decreases and the hydrogen production device 10c stops, and the time at which the hydrogen storage tank is full, that is, the amount of change .DELTA.H(k) of a constant value is calculated so that the timing of reaching the upper limit pressure coincides.

指令値演算部308は、水素製造抑制量算出部306が演算した水素製造量H(k)の変化量ΔH(k)に応じた水素製造装置10cの入力電力E(k)の減少量ΔE(k)を演算する。例えば、水素製造量H(k)と入力電力E(k)には、上述のように(1)式の関係がある。指令値演算部308は、入力電力の減少量ΔE(k)を(2)式を用いて演算可能である。
ΔE(k)=ΔH(k)/η (2)
The command value calculation unit 308 calculates a reduction amount ΔE ( k). For example, the hydrogen production amount H(k) and the input electric power E(k) have the relationship of the formula (1) as described above. The command value calculation unit 308 can calculate the decrease amount ΔE(k) of the input electric power using the equation (2).
ΔE(k)=ΔH(k)/η (2)

なお、本実施形態では、演算部302は、水素製造量H(k)の変化量ΔH(k)を演算するが、これに限定されない。例えば、入力電力の減少量ΔE(k)を、ΔH(k)を用いずに直接的に演算してもよい。 In addition, in the present embodiment, the calculation unit 302 calculates the amount of change ΔH(k) in the hydrogen production amount H(k), but is not limited to this. For example, the input power decrease amount ΔE(k) may be directly calculated without using ΔH(k).

指令値演算部308は、瞬時電力Pを一定に保持させるために入力電力E(k)の減少量ΔE(k)と出力電力Pcs(k)の減少量とを一致させる。例えば、指令値演算部308は、出力電力Pcs(k)の減少量を入力電力E(k)の減少量ΔE(k)に一致させる。この場合、指令値演算部308は、入力電力E(k)と出力電力Pcs(k)を(3)、(4)式に従い演算する。
E(k)=E(k-1)-ΔE(k) (3)
Pcs(k)=PCS(k-1)-ΔE(k) (4)
Command value calculator 308 matches the amount of decrease ΔE(k) in input power E(k) with the amount of decrease in output power Pcs(k) in order to keep instantaneous power P constant. For example, command value calculator 308 matches the amount of decrease in output power Pcs(k) with the amount of decrease ΔE(k) in input power E(k). In this case, command value calculator 308 calculates input power E(k) and output power Pcs(k) according to equations (3) and (4).
E(k)=E(k−1)−ΔE(k) (3)
PCS(k)=PCS(k-1)-ΔE(k) (4)

このような演算処理により、Pcs(k)とE(k)との差分である瞬時電力P(k)は一定値で維持される。また、例えば、入力電力E(k)が計画的に減少することにより、入力電力E(k)が0になり、水素製造装置10cが停止する時点と、水素貯蔵タンクが満タンとなるタイミングが一致する。 By such arithmetic processing, the instantaneous power P(k), which is the difference between Pcs(k) and E(k), is maintained at a constant value. In addition, for example, when the input power E(k) is systematically reduced, the input power E(k) becomes 0, and the time when the hydrogen production device 10c stops and the time when the hydrogen storage tank is full. match.

出力部304は、出力電力Pcs(k)の指示値PCSset(k)の情報を有する第1指令値を水素製造装置10cに出力し、入力電力E(k)の指示値Eset(k)の情報を有する第2指令値をパワーコンディショナ10bに出力する。 The output unit 304 outputs the first command value having the information of the indicated value PCSset(k) of the output power Pcs(k) to the hydrogen production device 10c, and the information of the indicated value Eset(k) of the input power E(k). to the power conditioner 10b.

図5は、水素製造量H(k)を抑制する場合の制御例を示す図である。図5の縦軸は水素貯蔵タンクの圧力と電力を示し、横軸は、時間kを示す。 FIG. 5 is a diagram showing a control example when suppressing the hydrogen production amount H(k). The vertical axis of FIG. 5 indicates the pressure and power of the hydrogen storage tank, and the horizontal axis indicates time k.

図5に示す制御例では、水素製造抑制量算出部306は、時刻k-3において水素貯蔵タンク圧力が閾値(0.6)に到達すると、水素製造装置10cが停止する時点と、水素貯蔵タンクが満タンとなるタイミングが一致するように、水素製造量H(k)の変化量ΔH(k)を演算する。続けて、指令値演算部308は、(1)~(4)式に従い、入力電力E(k)と出力電力Pcs(k)を演算する。貯蔵タンク圧力が閾値(0.6)に到達した後では、入力電力E(k)と出力電力Pcs(k)とは、ΔE(k)ずつ電力が減少する。このため、出力電力Pcs(k)と入力電力E(k)との差分である瞬時電力P(k)は一定値で維持される。 In the control example shown in FIG. 5, when the hydrogen storage tank pressure reaches the threshold value (0.6) at time k−3, the hydrogen production suppression amount calculation unit 306 determines the time point at which the hydrogen production device 10c stops and the hydrogen storage tank The amount of change ΔH(k) in the hydrogen production amount H(k) is calculated so that the timing at which H(k) becomes full coincides. Subsequently, command value calculation unit 308 calculates input power E(k) and output power Pcs(k) according to formulas (1) to (4). After the storage tank pressure reaches the threshold (0.6), the input power E(k) and the output power Pcs(k) decrease in power by ΔE(k). Therefore, the instantaneous power P(k), which is the difference between the output power Pcs(k) and the input power E(k), is maintained at a constant value.

また、補機の消費電力である補機電力Ap(k)は、一定値で維持される。このように、貯蔵タンク圧力が閾値(0.6)に到達した後では、入力電力E(k)の時間に対する変化量ΔE(k)と、出力電力Pcs(k)の時間に対する変化量ΔE(k)とを一致させ、且つ、水素製造量H(k)及び出力電力Pcs(k)を減少させる。これにより、水素貯蔵タンク圧力が上限圧力(0.8)に到達する際にも出力電力Pcs(k)と入力電力E(k)との差分値である瞬時電力Pは一定値で維持される。また、入力電力E(k)と出力電力Pcs(k)とを同一のΔE(k)により減少させ、貯蔵タンクが満タンになる前、又は、貯蔵タンクが満タンになるのと同時に入力電力E(k)を0にすることにより、水素製造装置10cが停止する時点においても瞬時電力Pを一定値に維持可能となる。このように、入力電力E(k)を時系列な変化に対し、出力電力Pcs(k)の時系列な変化を追随させながら入力電力E(k)を0にしているので、水素製造装置10cが停止する時点での入力電力E(k)の変動が瞬時電力P(k)へ与える影響が抑制される。さらにまた、貯蔵タンク圧力が閾値(0.6)に到達する前は、水素製造を優先することも可能である。 Further, the accessory power Ap(k), which is the power consumption of the accessory, is maintained at a constant value. In this way, after the storage tank pressure reaches the threshold value (0.6), the change amount ΔE(k) of the input power E(k) with respect to time and the change amount ΔE(k) of the output power Pcs(k) with respect to time k) and reduce the hydrogen production rate H(k) and the output power Pcs(k). As a result, even when the hydrogen storage tank pressure reaches the upper limit pressure (0.8), the instantaneous power P, which is the difference between the output power Pcs(k) and the input power E(k), is maintained at a constant value. . Also, the input power E(k) and the output power Pcs(k) are reduced by the same ΔE(k), and the input power By setting E(k) to 0, the instantaneous electric power P can be maintained at a constant value even when the hydrogen production device 10c is stopped. In this way, the input power E(k) is set to 0 while following the time-series change in the output power Pcs(k) with respect to the time-series change in the input power E(k). The effect of fluctuations in the input power E(k) at the time of stoppage on the instantaneous power P(k) is suppressed. Furthermore, it is also possible to prioritize hydrogen production before the storage tank pressure reaches a threshold (0.6).

図6は、水素貯蔵タンクの圧力に応じて変化量ΔH(k)を演算する例を示す図である。縦軸は、変化量ΔH(k)を示し、横軸は、圧力を示す。 FIG. 6 is a diagram showing an example of calculating the amount of change ΔH(k) according to the pressure of the hydrogen storage tank. The vertical axis indicates the amount of change ΔH(k), and the horizontal axis indicates the pressure.

図5の例では、水素製造抑制量算出部306は、一定値の変化量ΔH(k)を演算したが、図6の例では、水素貯蔵タンク圧力に応じて変化量ΔH(k)を演算する点で相違する。閾値(0.6)に到達した時点で一定の大きさで水変化量ΔH(k)を演算する場合には、環境変化などにより水素貯蔵タンク圧力の変化が想定と異なる場合がある。一方で、水素貯蔵タンク圧力に応じて変化量ΔH(k)を演算すると、圧力に応じて変化量ΔH(k)を調整可能となるので、圧力の上限値(0.8)になる時点と水素製造装置10cの停止時を一致させる制御の精度をより向上させることができる。 In the example of FIG. 5, the hydrogen production suppression amount calculator 306 calculates the amount of change ΔH(k) of a constant value, but in the example of FIG. 6, the amount of change ΔH(k) is calculated according to the hydrogen storage tank pressure. The difference is that When the water change amount ΔH(k) is calculated with a constant magnitude when the threshold value (0.6) is reached, the change in the hydrogen storage tank pressure may differ from the expected change due to an environmental change or the like. On the other hand, if the amount of change ΔH(k) is calculated according to the hydrogen storage tank pressure, the amount of change ΔH(k) can be adjusted according to the pressure. It is possible to further improve the accuracy of the control for matching the stop time of the hydrogen production device 10c.

図7は、図6で示す水素貯蔵タンクの圧力に応じた変化量ΔH(k)で制御した例を示す図である。縦軸は水素貯蔵タンクの圧力と電力を示し、横軸は、時間kを示す。 FIG. 7 is a diagram showing an example of control with a change amount ΔH(k) according to the pressure of the hydrogen storage tank shown in FIG. The vertical axis indicates pressure and power in the hydrogen storage tank, and the horizontal axis indicates time k.

指令値演算部308が、入力電力E(k)と出力電力Pcs(k)を圧力に応じた変化量ΔH(k)を用いて(3)、(4)式に従い演算した例である。図7に示すように、圧力に応じた変化量ΔH(k)で制御することで、水素貯蔵タンク圧力の上限(0.8)まで水素製造が可能となる。すなわち、水素製造装置10cの停止時点と、水素貯蔵タンクの圧力が上限(0.8)に達する時点が一致している。 In this example, the command value calculation unit 308 calculates the input electric power E(k) and the output electric power Pcs(k) according to the equations (3) and (4) using the amount of change ΔH(k) corresponding to the pressure. As shown in FIG. 7, hydrogen can be produced up to the upper limit (0.8) of the hydrogen storage tank pressure by controlling the amount of change ΔH(k) according to the pressure. That is, the time when the hydrogen production device 10c is stopped coincides with the time when the pressure in the hydrogen storage tank reaches the upper limit (0.8).

図8は、制御装置30の制御例を示すフローチャートである。図8に示すように、まず、インターフェース部30bは、需給調整時間帯、ベース電力、目標とする出力変化量ΔkWの情報を含む計画値をエネルギー管理システム20から取得する(ステップS100)。 FIG. 8 is a flowchart showing a control example of the control device 30. As shown in FIG. As shown in FIG. 8, the interface unit 30b first acquires from the energy management system 20 a plan value including information on the supply and demand adjustment time period, base power, and target output change amount ΔkW (step S100).

次に、インターフェース部30bは、瞬時電力P(k)、発電電力Pv(k)、出力電力Pcs(k)、水素製造量H(k)、及び水素貯蔵量Hs(k)の測定値を水素システム10から取得する(ステップS102)。 Next, the interface unit 30b converts the instantaneous power P(k), the generated power Pv(k), the output power Pcs(k), the hydrogen production amount H(k), and the hydrogen storage amount Hs(k) into hydrogen Acquired from the system 10 (step S102).

次に、制御部30cは、取得した計画値の情報に基づき、需給調整時間帯か否かを判定する(ステップS102)。需給調整時間帯でないと判定した場合(ステップS102のNO)、指令値演算部308は、瞬時電力P(k)がベース電力と一致するように、入力電力E(k)と出力電力Pcs(k)を演算する(ステップS104)。この場合、水素製造量H(k)は、計画値に従う。 Next, the control unit 30c determines whether or not it is the supply and demand adjustment time period based on the acquired information on the planned value (step S102). If it is determined that it is not the supply and demand adjustment period (NO in step S102), the command value calculation unit 308 adjusts the input power E(k) and the output power Pcs(k ) is calculated (step S104). In this case, the hydrogen production amount H(k) follows the planned value.

一方で、制御部30cは、需給調整時間帯であると判定した場合(ステップS104のYES)、水素貯蔵装置10dの水素貯蔵タンクの圧力が所定値(例えば0.6)以上か否かを判定する(ステップS108)。圧力が所定値未満であると判定した場合(ステップS108のNO)、指令値演算部308は、瞬時電力P(k)がベース電力+出力変化量ΔkWと一致するように、入力電力E(k)と出力電力Pcs(k)を演算する(ステップS110)。この場合、水素製造量H(k)は、計画値に従う。 On the other hand, if the control unit 30c determines that it is the supply and demand adjustment time period (YES in step S104), it determines whether the pressure of the hydrogen storage tank of the hydrogen storage device 10d is equal to or higher than a predetermined value (for example, 0.6). (step S108). If it is determined that the pressure is less than the predetermined value (NO in step S108), the command value calculator 308 adjusts the input power E(k ) and the output power Pcs(k) (step S110). In this case, the hydrogen production amount H(k) follows the planned value.

一方で、制御部30cは圧力が所定値以上であると判定した場合(ステップS106のYES)、水素製造抑制量算出部306は、水素製造量を時系列に抑制する変化量ΔH(k)を演算する(ステップS104)。続けて、指令値演算部308は、変化量ΔH(k)に基づき、瞬時電力P(k)がベース電力+出力変化量ΔkWと一致するように、入力電力E(k)と出力電力Pcs(k)を演算する(ステップS114)。 On the other hand, when the control unit 30c determines that the pressure is equal to or higher than the predetermined value (YES in step S106), the hydrogen production suppression amount calculation unit 306 calculates the change amount ΔH(k) for suppressing the hydrogen production amount in time series. Calculate (step S104). Subsequently, based on the change amount ΔH(k), the command value calculation unit 308 calculates the input power E(k) and the output power Pcs( k) is calculated (step S114).

次に、出力部304は、水素製造量H(k)に基づく入力電力E(k)の情報を有する第1指令値を水素製造装置10cに出力し、出力電力Pcs(k)の情報を有する第2指令値をパワーコンディショナ10bに出力する(ステップS116)。 Next, the output unit 304 outputs the first command value having the information of the input power E(k) based on the hydrogen production amount H(k) to the hydrogen production device 10c, and has the information of the output power Pcs(k). A second command value is output to the power conditioner 10b (step S116).

次に、制御部30cは、終了条件を満たすか否かを判定する(ステップS118)。終了条件を満たすと判定した場合(ステップS118のYES)、制御部30cは、全体処理を終了する。一方で、終了条件を満たさないと判定した場合(ステップS118のNO)、制御部30cは、ステップS100からの処理を繰り返す。 Next, the control unit 30c determines whether or not the termination condition is satisfied (step S118). When determining that the end condition is satisfied (YES in step S118), the control unit 30c ends the overall process. On the other hand, when determining that the end condition is not satisfied (NO in step S118), the control unit 30c repeats the processing from step S100.

なお、本実施形態では、水素貯蔵タンク圧力の上限に対する水素製造量の抑制について示したが、水素貯蔵タンク圧力の下限)に対しても同様の処理を行ってもよい。例えば、水素貯蔵タンクの圧力が下限に近付くと水素製造量H(k)を増加させ、水素製造量の増加に伴う入力電力の増加量分を再エネ側の増加量とする制御行ってもよい。これにより、水素貯蔵タンクの圧力が下限、例えば空になった場合の圧縮機の停止などを避けることができ、瞬時電力を一定に保持させることができる。 In the present embodiment, suppression of the hydrogen production amount with respect to the upper limit of the hydrogen storage tank pressure has been described, but similar processing may be performed for the lower limit of the hydrogen storage tank pressure. For example, when the pressure of the hydrogen storage tank approaches the lower limit, the amount of hydrogen production H(k) may be increased, and the amount of increase in the input power accompanying the increase in the amount of hydrogen production may be used as the amount of increase on the renewable energy side. . This makes it possible to avoid stopping the compressor when the pressure of the hydrogen storage tank reaches the lower limit, for example when it becomes empty, and the instantaneous electric power can be kept constant.

以上説明したように、本実施形態によれば、制御部30cが水素貯蔵装置10dの貯蔵量に関する水素貯蔵情報、すなわち圧力に基づき、出力電力Pcs(k)を調整する制御をパワーコンディショナ10bに行う。これにより、水素貯蔵装置10dの貯蔵量に応じて、出力電力Pcs(k)を制御することが可能となる。このため、水素貯蔵装置10dの貯蔵量が上限に達する前に、予め出力電力Pcs(k)を低減させたり、貯蔵量が下限に達する前に出力電力Pcs(k)を予め増加させたりできる。 As described above, according to the present embodiment, the control unit 30c controls the power conditioner 10b to adjust the output power Pcs(k) based on the hydrogen storage information regarding the storage amount of the hydrogen storage device 10d, that is, the pressure. conduct. This makes it possible to control the output power Pcs(k) according to the storage amount of the hydrogen storage device 10d. Therefore, the output power Pcs(k) can be reduced in advance before the storage amount of the hydrogen storage device 10d reaches the upper limit, and the output power Pcs(k) can be increased in advance before the storage amount reaches the lower limit.

また、制御部30cが水素貯蔵装置10dの貯蔵量に関する水素貯蔵情報、に基づき、入力電力E(k)が0に近づくように抑制する制御を水素製造装置10cに行うと共に、出力電力Pcs(k)を抑制する制御をパワーコンディショナ10bに行う。これにより、水素製造装置10cが停止する際の入力電力E(k)が低減されているので、瞬時電力P(k)に対する変動を抑制できる。特に、入力電力E(k)を時系列に0にすることにより、水素製造装置10cが停止する時点においても瞬時電力Pを一定値に維持可能となる。 In addition, based on the hydrogen storage information about the storage amount of the hydrogen storage device 10d, the control unit 30c controls the hydrogen production device 10c so that the input power E(k) approaches 0, and the output power Pcs(k ) is performed on the power conditioner 10b. As a result, the input electric power E(k) when the hydrogen production device 10c is stopped is reduced, so that fluctuations in the instantaneous electric power P(k) can be suppressed. In particular, by setting the input power E(k) to 0 in time series, the instantaneous power P can be maintained at a constant value even when the hydrogen production device 10c is stopped.

(第1実施形態の変形例)
指令値演算部308は、インターフェース部30bで取得した補機電力Ap(k)の情報も用いて入力電力E(k)、出力電力Pcs(k)を(4A)式により演算する。補機電力変化量Δaux(k)は、Ap(k)とAp(k-1)との差分値である。
(Modified example of the first embodiment)
The command value calculation unit 308 also uses the information on the auxiliary power Ap(k) acquired by the interface unit 30b to calculate the input power E(k) and the output power Pcs(k) according to Equation (4A). Auxiliary power change amount Δaux(k) is a difference value between Ap(k) and Ap(k−1).

Pcs(k)=Pcs(k-1)-ΔE(k)+Δaux(k) (4A)
これにより、補機電力Ap(k)が変化する場合にも、出力電力Pcs(k)をより高精度に演算可能となる。
(第2実施形態)
第2実施形態に係る水素生成システム1は、水素負荷HRに供給する水素供給量Hout(k)を用いて、入力電力E(k)、出力電力Pcs(k)を補正することで、第1実施形態に係る水素生成システム1と相違する。以下では、第1実施形態に係る水素生成システム1と相違する点を説明する。
Pcs(k)=Pcs(k-1)-ΔE(k)+Δaux(k) (4A)
As a result, the output power Pcs(k) can be calculated with higher accuracy even when the auxiliary power Ap(k) changes.
(Second embodiment)
The hydrogen generation system 1 according to the second embodiment corrects the input electric power E(k) and the output electric power Pcs(k) using the hydrogen supply amount Hout(k) supplied to the hydrogen load HR. It is different from the hydrogen generation system 1 according to the embodiment. Differences from the hydrogen generation system 1 according to the first embodiment will be described below.

図9は、第2実施形態に係る制御装置30のブロック図である。図9に示すように、制御装置30は、指令値補正部310を更に有する。 FIG. 9 is a block diagram of the control device 30 according to the second embodiment. As shown in FIG. 9 , the control device 30 further has a command value correction section 310 .

インターフェース部30bは、水素負荷HRに供給する水素供給量Hout(k)を更に取得する。
指令値補正部310は、指令値演算部308で演算された指令値を、水素供給量Hout(k)を用いて補正した指令値を演算する。
出力部304は、指令値補正部310で演算した補正した指令値を各装置に出力する。
The interface unit 30b further acquires the hydrogen supply amount Hout(k) to be supplied to the hydrogen load HR.
Command value correction unit 310 calculates a command value by correcting the command value calculated by command value calculation unit 308 using hydrogen supply amount Hout(k).
The output unit 304 outputs the corrected command value calculated by the command value correction unit 310 to each device.

より具体的には、指令値補正部310は、入力電力E(k)に制限をかけ入力電力E(k)、出力電力Pcs(k)を演算する。例えば、水素供給量Hout(k)に基づき計算される入力電力制限値Emin(k)は、(5)式で演算される。
Emin(k)=η×Hout(k) (5)
指令値補正部310は、(6)式により補正した力電力E(k)演算する。
E(k)=max(E(k)、Emin(k)) (6)
これにより、水素供給量Hout(k)が維持される場合には、少なくとも入力電力制限値Emin(k)分の水素製造が維持可能となる。
More specifically, command value correction unit 310 limits input power E(k) to calculate input power E(k) and output power Pcs(k). For example, the input power limit value Emin(k) calculated based on the hydrogen supply amount Hout(k) is calculated by equation (5).
Emin(k)=η×Hout(k) (5)
The command value correction unit 310 calculates the force power E(k) corrected by the equation (6).
E(k)=max(E(k), Emin(k)) (6)
As a result, when the hydrogen supply amount Hout(k) is maintained, hydrogen production for at least the input power limit value Emin(k) can be maintained.

また、出力電力Pcs(k)は、(6)式で補正した入力電力E(k)と同じ変化量とすればよいため、(7)式で演算可能である。
Pcs(k)=Pcs(k-1)―(E(k)-E(k-1)) (7)
Also, the output power Pcs(k) can be calculated by the formula (7) because it is sufficient to set the amount of change to be the same as the input power E(k) corrected by the formula (6).
Pcs(k)=Pcs(k-1)-(E(k)-E(k-1)) (7)

出力部304は、出力電力Pcs(k)の指示値PCS_set(k)の情報を有する第1指令値を水素製造装置10cに出力し、入力電力E(k)の指示値Eset(k)の情報を有する第2指令値をパワーコンディショナ10bに出力する。 The output unit 304 outputs the first command value having the information of the indicated value PCS_set(k) of the output power Pcs(k) to the hydrogen production device 10c, and the information of the indicated value Eset(k) of the input power E(k). to the power conditioner 10b.

図10は、補正した入力電力E(k)、出力電力Pcs(k)による制御例を示す図である。縦軸は水素貯蔵タンクの圧力と電力を示し、横軸は、時間kを示す。 FIG. 10 is a diagram showing an example of control by corrected input power E(k) and output power Pcs(k). The vertical axis indicates pressure and power in the hydrogen storage tank, and the horizontal axis indicates time k.

図10に示すように、入力電力制限値Emin(k)により、入力電力E(k)の低減可能な値に制限がかかっている。入力電力E(k)に制限がかかった状態では、水素製造装置10cから水素貯蔵タンクへ入る水素量と、水素貯蔵タンクから水素負荷HRへ出る水素量が一致している。 As shown in FIG. 10, an input power limit value Emin(k) limits the possible reduction of the input power E(k). When the input electric power E(k) is restricted, the amount of hydrogen entering the hydrogen storage tank from the hydrogen production device 10c matches the amount of hydrogen flowing out of the hydrogen storage tank to the hydrogen load HR.

以上説明したように、本実施形態では、水素供給量Hout(k)を用いて計算される入力電力制限値Emin(k)により、入力電力E(k)の低減可能な範囲に制限をかける。これにより、水素製造装置10cの水素製造が継続され、水素製造装置10cの水素製造が可能な状態での停止を回避することができる。 As described above, in the present embodiment, the range in which the input power E(k) can be reduced is limited by the input power limit value Emin(k) calculated using the hydrogen supply amount Hout(k). As a result, hydrogen production by the hydrogen production device 10c is continued, and stoppage of the hydrogen production device 10c in a state where hydrogen production is possible can be avoided.

(第3実施形態)
第3実施形態に係る水素生成システム1は、水素貯蔵タンクの圧力を推定して、入力電力E(k)、出力電力Pcs(k)を演算することで、第2実施形態に係る水素生成システム1と相違する。以下では、第2実施形態に係る水素生成システム1と相違する点を説明する。
(Third embodiment)
The hydrogen generation system 1 according to the third embodiment estimates the pressure of the hydrogen storage tank and calculates the input power E(k) and the output power Pcs(k), thereby obtaining the hydrogen generation system according to the second embodiment. different from 1. Differences from the hydrogen generation system 1 according to the second embodiment will be described below.

図11は、第3実施形態に係る制御装置30のブロック図である。図11に示すように、制御装置30は、水素貯蔵タンク圧力推定部312、設定パラメータ変更部314を更に有する。 FIG. 11 is a block diagram of the control device 30 according to the third embodiment. As shown in FIG. 11 , the control device 30 further has a hydrogen storage tank pressure estimating section 312 and a setting parameter changing section 314 .

インターフェース部30bは、将来の外気温度Tamb(k)を更に取得する。
水素貯蔵タンク圧力推定部312は、水素貯蔵タンクの圧力Prh(k)と将来の外気温度Tamb(k)を用いて、将来の力Prh(k+1)を推定する。推定方法は、物理式を用いた方法でも良いし、或いは、機械学習などの統計的な手方法でも良い。
The interface unit 30b further acquires the future outside air temperature Tamb(k).
The hydrogen storage tank pressure estimation unit 312 estimates the future force Prh(k+1) using the hydrogen storage tank pressure Prh(k) and the future outside air temperature Tamb(k). The estimation method may be a method using a physical formula or a statistical method such as machine learning.

設定パラメータ変更部314は、推定した圧力Prh(k)の変化量ΔP(k+1)を用いて、水素貯蔵タンク圧力の閾値、水素製造量H(k)を減少させる変化量ΔH(k)の設定パラメータを変更する。例えば、変化量ΔP(k+1)の増加が予測される場合には、変化量ΔH(k)をより大きくするように
設定パラメータを変更する。逆に変化量ΔP(k+1)の減少が予測される場合には、変化量ΔH(k)をより小さくするように設定パラメータを変更する。これにより、変化量ΔP(k+1)の大きさに応答速度を対応させた水素製造量H(k)の制御が可能となる。
The setting parameter changing unit 314 uses the estimated change amount ΔP(k+1) of the pressure Prh(k) to set the change amount ΔH(k) for decreasing the hydrogen storage tank pressure threshold and the hydrogen production amount H(k). Change parameters. For example, if the amount of change ΔP(k+1) is expected to increase, the setting parameters are changed so as to increase the amount of change ΔH(k). Conversely, if the amount of change ΔP(k+1) is expected to decrease, the setting parameters are changed so as to make the amount of change ΔH(k) smaller. This makes it possible to control the hydrogen production amount H(k) in which the response speed is made to correspond to the amount of change ΔP(k+1).

例えば、変化量ΔH(k)は、水素製造量H(k)をパラメータPt1で除算した値であり、変化量ΔP(k+1)の増加が予測される場合には、パラメータPt1をより小さくする。逆に、変化量ΔP(k+1)の減少が予測される場合には、パラメータPt1をより大きくする。 For example, the amount of change ΔH(k) is a value obtained by dividing the amount of hydrogen production H(k) by the parameter Pt1, and if the amount of change ΔP(k+1) is expected to increase, the parameter Pt1 is made smaller. Conversely, if the variation ΔP(k+1) is expected to decrease, the parameter Pt1 is increased.

また、閾値Thは、本実施形態では、例えばパラメータPt2を用いてTh=0.6-Pt2×変化量ΔP(k+1)で演算される。これにより、例えば、変化量ΔP(k+1)の増加が予測される場合には、閾値Thをより低くするように設定パラメータPt2を変更する。逆に、変化量ΔP(k+1)の減少が予測される場合には、閾値Thをより高くするように設定パラメータPt2を変更する。これにより、変化量ΔP(k+1)の大きさに水素製造量H(k)の抑制を開始する時点を対応させた制御が可能となる。 Further, in the present embodiment, the threshold Th is calculated by Th=0.6−Pt2×variation amount ΔP(k+1) using the parameter Pt2, for example. As a result, for example, when an increase in the amount of change ΔP(k+1) is predicted, the setting parameter Pt2 is changed so as to lower the threshold Th. Conversely, if the amount of change ΔP(k+1) is predicted to decrease, the setting parameter Pt2 is changed so as to increase the threshold Th. As a result, it is possible to perform control in which the timing of starting suppression of the hydrogen production amount H(k) is made to correspond to the amount of change ΔP(k+1).

水素製造抑制量算出部306では、設定パラメータ変更部314で変更されたパラメータPt1、Pt2を用いて、水素貯蔵タンク圧力の閾値、水素貯蔵タンク圧力に応じた水素製造量H(k)を減少させる変化量ΔH(k)を算出する。 The hydrogen production suppression amount calculation unit 306 uses the parameters Pt1 and Pt2 changed by the setting parameter change unit 314 to reduce the hydrogen storage tank pressure threshold and the hydrogen production amount H(k) corresponding to the hydrogen storage tank pressure. A change amount ΔH(k) is calculated.

ここで、水素貯蔵タンク圧力推定部312の詳細を説明する。まず、水素貯蔵タンクの容量Hmax、現在の水素貯蔵タンク内の水素量Htank(k)、現在の外気温度Tamb(k)を用いて、現在の水素貯蔵タンク圧力P(k)を(8)式により推定する。
P(k)=(Htank(k)×0.1013×(273+Tamb(k)))/(Hmax×273)-0.1013 (8)
Here, the details of the hydrogen storage tank pressure estimator 312 will be described. First, using the capacity Hmax of the hydrogen storage tank, the current amount of hydrogen in the hydrogen storage tank Htank(k), and the current outside air temperature Tamb(k), the current hydrogen storage tank pressure P(k) is calculated by equation (8). estimated by
P(k)=(Htank(k)×0.1013×(273+Tamb(k)))/(Hmax×273)−0.1013 (8)

次に、水素貯蔵タンク圧力推定部312は、将来の外気温度Tamb(k+1)を用いて、将来の水素貯蔵タンク圧力Ppre(k+1)を(9)式により推定する。
Ppre(k+1)=(Htank(k)×0.1013×(273+Tamb(k+1)))/(Hmax×273)-0.1013 (9)
Next, the hydrogen storage tank pressure estimator 312 uses the future outside air temperature Tamb(k+1) to estimate the future hydrogen storage tank pressure Ppre(k+1) by Equation (9).
Ppre(k+1)=(Htank(k)×0.1013×(273+Tamb(k+1)))/(Hmax×273)−0.1013 (9)

つまり、外気温度の変化による将来の水素貯蔵タンク圧力の変化量ΔP(k+1)は、(10)式により計算できる。
ΔP(k+1)=P_pre(k+1)-P(k) (10)
That is, the amount of future hydrogen storage tank pressure change ΔP(k+1) due to the change in the outside air temperature can be calculated by the formula (10).
ΔP(k+1)=P_pre(k+1)−P(k) (10)

設定パラメータ変更部は、(10)式により計算された将来の水素貯蔵タンクの圧力の変化量ΔP(k+1)を用いて、設定パラメータPt1、Pt2を変更する。 The setting parameter changing unit changes the setting parameters Pt1 and Pt2 using the future pressure change amount ΔP(k+1) of the hydrogen storage tank calculated by the equation (10).

以上説明したように、本実施形態によれば、将来の外気温度を用いて気温上昇による水素貯蔵タンク圧力の変化量ΔP(k+1)を推定し、変化量ΔP(k+1)に応じて水素貯蔵タンク圧力の閾値、水素製造量H(k)を減少させる変化量ΔH(k)を変更する。これにより、気温の変動を予め制御に反映可能となる。このため、外気温度等の環境変動が大きい場合でも、水素製造装置10cが急峻に停止することをより高精度に抑制可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the amount of change ΔP(k+1) in the hydrogen storage tank pressure due to the temperature rise is estimated using the future outside air temperature, and the hydrogen storage tank pressure is calculated according to the amount of change ΔP(k+1). The threshold value of the pressure and the change amount ΔH(k) for decreasing the hydrogen production amount H(k) are changed. This makes it possible to reflect changes in temperature in the control in advance. Therefore, even when environmental fluctuations such as the outside air temperature are large, it is possible to prevent the hydrogen production device 10c from suddenly stopping with a higher degree of accuracy.

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置、方法及びプログラムは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置、方法及びプログラムの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。 Although several embodiments have been described above, these embodiments are presented by way of example only and are not intended to limit the scope of the invention. The novel apparatus, methods and programs described herein can be embodied in various other forms. In addition, various omissions, substitutions, and modifications can be made to the forms of the devices, methods, and programs described herein without departing from the spirit of the invention.

1:水素生成システム、10:水素システム、10a:再生可能エネルギー
発電装置、10b:パワーコンディショナ、10c:水素製造装置、10d:水素貯蔵装置、10e:補機、30:制御装置、30b:インターフェース部、30c:制御部、302:演算部、304:出力部、Eps:電力系統。
1: Hydrogen generation system, 10: Hydrogen system, 10a: Renewable energy generator, 10b: Power conditioner, 10c: Hydrogen production device, 10d: Hydrogen storage device, 10e: Auxiliary device, 30: Control device, 30b: Interface Section 30c: Control Section 302: Calculation Section 304: Output Section Eps: Power system.

Claims (11)

再生可能エネルギー発電装置から供給される発電電力を出力電力に変換する変換部と、前記出力電力および電力系統から供給される電力を加えた入力電力により水素を製造する水素製造装置とを、制御する水素システムの制御装置であって、
前記水素製造装置が製造する水素を貯蔵する水素貯蔵装置の貯蔵量に関する水素貯蔵情報を取得する取得部と、
前記水素貯蔵情報に基づき、前記出力電力を調整する制御を前記変換部に行う制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記入力電力、及び前記出力電力がともに減少、または増加するように前記入力電力、及び前記出力電力を演算する演算部を有し、
前記演算部は、前記入力電力の時間に対する変化量と、前記出力電力の時間に対する変化量とが一致するように、前記入力電力と、前記出力電力とを演算する、
水素システムの制御装置。
controlling a conversion unit that converts generated power supplied from a renewable energy power generation device into output power, and a hydrogen production device that produces hydrogen from input power obtained by adding the output power and power supplied from a power system; A controller for a hydrogen system, comprising:
an acquisition unit that acquires hydrogen storage information about a storage amount of a hydrogen storage device that stores hydrogen produced by the hydrogen production device;
a control unit that controls the conversion unit to adjust the output power based on the hydrogen storage information ;
The control unit
a computing unit that computes the input power and the output power so that both the input power and the output power decrease or increase;
The calculation unit calculates the input power and the output power such that the amount of change in the input power with respect to time and the amount of change in the output power with respect to time match.
Hydrogen system controller.
前記制御部は、前記出力電力を抑制する制御を前記変換部に行うと共に、水素製造量を抑制する制御を前記水素製造装置に行う、請求項1に記載の水素システムの制御装置。 2. The control device for a hydrogen system according to claim 1, wherein said control unit controls said conversion unit to suppress said output power and controls said hydrogen production device to suppress a hydrogen production amount. 前記演算部は、前記水素貯蔵装置の水素貯蔵量が所定値を超えた場合に、前記水素貯蔵装置の水素貯蔵量が増加するに従い、前記入力電力、及び前記出力電力が減少するように前記入力電力、及び前記出力電力を演算し、
前記制御部は、
前記入力電力に基づく第1指令信号を前記水素製造装置に出力し、前記出力電力に基づく第2指令信号を前記変換部に出力する出力部を更に有する、請求項1に記載の水素システムの制御装置。
When the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage device exceeds a predetermined value, the calculation unit reduces the input power and the output power as the amount of hydrogen stored in the hydrogen storage device increases. calculating the power and the output power;
The control unit
2. The control of the hydrogen system according to claim 1 , further comprising an output unit for outputting a first command signal based on said input power to said hydrogen production device and outputting a second command signal based on said output power to said conversion unit. Device.
前記演算部は、前記再生可能エネルギー発電装置から前記電力系統に所定範囲の電力を供給する場合に、前記水素製造装置を停止させる時点、又は前記水素製造装置を停止させる前に前記入力電力が0に近づくように演算する、請求項に記載の水素システムの制御装置。 When power within a predetermined range is supplied from the renewable energy power generation device to the electric power system, the computing unit determines whether the input power is 0 when the hydrogen production device is stopped or before the hydrogen production device is stopped. 2. The control device for a hydrogen system according to claim 1 , which calculates so as to approach . 前記水素貯蔵情報は前記水素貯蔵装置が有する水素貯蔵タンク内の圧力であり、
前記演算部は、前記圧力の大きさに応じて、時系列に前記入力電力及び前記出力電力を変化させるように演算する、請求項3又は4に記載の水素システムの制御装置。
The hydrogen storage information is the pressure in a hydrogen storage tank of the hydrogen storage device,
5. The hydrogen system control device according to claim 3, wherein the calculation unit performs calculations so as to change the input power and the output power in time series according to the magnitude of the pressure.
前記取得部は、前記水素貯蔵装置から供給される水素供給量を取得し、
前記演算部は、前記水素供給量にも基づき、前記入力電力、及び前記出力電力を演算する、請求項3乃至5のいずれか一項に記載の水素システムの制御装置。
The acquisition unit acquires a hydrogen supply amount supplied from the hydrogen storage device,
The hydrogen system control device according to any one of claims 3 to 5 , wherein the calculation unit calculates the input power and the output power based on the hydrogen supply amount.
前記取得部は、前記水素貯蔵装置から供給すべき水素供給量の計画値を取得し、
前記演算部は、前記計画値にも基づき、前記入力電力、及び前記出力電力を演算する、請求項3乃至6のいずれか一項に記載の水素システムの制御装置。
The acquisition unit acquires a planned value for the amount of hydrogen to be supplied from the hydrogen storage device,
The hydrogen system control device according to any one of claims 3 to 6 , wherein said calculation unit calculates said input power and said output power based also on said planned value.
前記制御部は、
前記水素貯蔵タンク内の圧力と前記水素貯蔵装置の外気温度とに基づき、前記水素貯蔵タンク内の前記圧力の変動量を推定する圧力推定部を有し、
前記演算部は、前記圧力の変動量に基づき、前記前記入力電力、及び前記出力電力を演算する、請求項5に記載の水素システムの制御装置。
The control unit
a pressure estimating unit for estimating a variation in the pressure in the hydrogen storage tank based on the pressure in the hydrogen storage tank and the outside air temperature of the hydrogen storage device;
6. The control device for a hydrogen system according to claim 5 , wherein said calculation unit calculates said input power and said output power based on said pressure fluctuation amount.
前記取得部は、前記出力電力の一部を用いて駆動する補機電力の情報も取得し、
前記演算部は、前記補機電力の変動量に基づき、前記前記入力電力、及び前記出力電力を演算する、請求項3に記載の水素システムの制御装置。
The acquisition unit also acquires information on auxiliary machine power driven using part of the output power,
4. The control device for a hydrogen system according to claim 3, wherein said computing unit computes said input power and said output power based on a variation amount of said auxiliary power.
再生可能エネルギー発電装置と、
前記再生可能エネルギー発電装置から供給される電力を出力電力に変換する変換部と、
前記出力電力および電力系統から供給される電力を加えた入力電力により水素を製造する水素製造装置と、
前記変換部及び前記水素製造装置を制御する水素システムの制御装置と、を備える水素生成システムであって、
前記制御装置は、
前記水素製造装置が製造する水素を貯蔵する水素貯蔵装置の貯蔵量に関する水素貯蔵情報を取得する取得部と、
前記水素貯蔵情報に基づき、前記出力電力を調整する制御を前記変換部に行う制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記入力電力、及び前記出力電力がともに減少、または増加するように前記入力電力、及び前記出力電力を演算する演算部を有し、前記入力電力、及び前記出力電力を演算する演算部を有し、
前記演算部は、前記入力電力の時間に対する変化量と、前記出力電力の時間に対する変化量とが一致するように、前記入力電力と、前記出力電力とを演算する、
水素生成システム。
a renewable energy generator;
a conversion unit that converts the power supplied from the renewable energy power generation device into output power;
a hydrogen production device that produces hydrogen from input power that is the sum of the output power and power supplied from a power system;
A hydrogen generation system comprising a hydrogen system control device that controls the conversion unit and the hydrogen production device,
The control device is
an acquisition unit that acquires hydrogen storage information about a storage amount of a hydrogen storage device that stores hydrogen produced by the hydrogen production device;
a control unit that controls the conversion unit to adjust the output power based on the hydrogen storage information ;
The control unit
a computing unit that computes the input power and the output power so that both the input power and the output power decrease or increase; and a computing unit that computes the input power and the output power. ,
The calculation unit calculates the input power and the output power such that the amount of change in the input power with respect to time and the amount of change in the output power with respect to time match.
Hydrogen generation system.
再生可能エネルギー発電装置から供給される電力を出力電力に変換する変換部と、前記出力電力および電力系統から供給される電力を加えた入力電力により水素を製造する水素製造装置とを制御する水素システムの制御方法であって、
前記水素製造装置が製造する水素を貯蔵する水素貯蔵装置の貯蔵量に関する水素貯蔵情報を取得する取得工程と、
前記水素貯蔵情報に基づき、前記出力電力を調整する制御を前記変換部に行う制御工程と、を備え、
前記制御工程は、
前記入力電力、及び前記出力電力がともに減少、または増加するように前記入力電力、及び前記出力電力を演算する演算工程を有し、
前記演算工程は、前記入力電力の時間に対する変化量と、前記出力電力の時間に対する変化量とが一致するように、前記入力電力と、前記出力電力とを演算する、
水素システムの制御方法
A hydrogen system that controls a conversion unit that converts power supplied from a renewable energy power generation device into output power, and a hydrogen production device that produces hydrogen from input power obtained by adding the output power and power supplied from a power system. A control method of
an acquisition step of acquiring hydrogen storage information about the storage amount of a hydrogen storage device that stores hydrogen produced by the hydrogen production device;
a control step of controlling the conversion unit to adjust the output power based on the hydrogen storage information ;
The control step includes
a computing step of computing the input power and the output power such that both the input power and the output power decrease or increase ;
The calculating step calculates the input power and the output power such that the amount of change in the input power with respect to time and the amount of change in the output power with respect to time match.
How to control the hydrogen system.
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