JP7485465B2 - 電力制御装置、及び電力制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力制御装置、及び電力制御方法に関する。

電力系統から供給される電力と、電力系統と比較して発電電力の変動がより大きい再生可能エネルギー発電装置の電力とを用いて、水素を製造する水素生成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、電力系統から供給される電力の需給バランスを調整しつつ、水素需要を満す水素量の製造が行われる。

一方で、需給バランスの調整では、エネルギー管理システムが気象等の情報を元に再生可能エネルギーの発電電力を予測し、予めある時間帯でどれだけ売電（または買電）するか申告する。そして、申告した時間帯になると各装置を制御して申告した計画と売電電力量［ｋＷｈ］（または買電電力量［ｋＷｈ］）の実績を一致させる必要がある。一般的には需給バランスの調整は３０分単位で行われ、３０分間の電力量［ｋＷｈ］（＝瞬時電力の積算値）を一致させる。ところが、水素製造装置の制御応答は再生可能エネルギー発電装置の変動と比較すると一般的に遅くなってしまう。

また、これまでは、一般に発電所（火力発電所など）が主に需給バランスの調整を実施していた。しかし、近年、再生可能エネルギーの普及が進んでおり、今後は再生可能エネルギーによる需給バランスの調整が求められる。

特開２０２０－０５８１６８号公報

しかし、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーによる発電は、天候等により発電量が急変することが考えられる。このため、３０分以内の短期変動が大きいケースも頻発し、計画した売電電力量と実際に売電した売電電力量がずれてしまう恐れがある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、再生可能エネルギー発電装置における売電電力量の計画値と実績値のずれを抑制可能な電力制御装置、及び電力制御方法を提供することである。

本実施形態に係る水素システムの電力制御装置は、再生可能エネルギー発電装置が生成する発電電力の供給を制御する電力制御装置であって、取得部と、制御部と、を備える。取得部は、所定期間における売電電力量に関する情報を取得する。制御部は、所定期間における時系列な売電電力の積算値が前記売電電力量となるように、発電電力のなかから電力を売電させる制御を再生可能エネルギー発電装置の電力供給部に行う。制御部は、所定期間内における第１期間の売電電力の平均値を第１期間よりも後の所定期間内における第２期間の平均値よりも大きくする。

本実施形態によれば、売電電力量の計画値と実績値のずれを抑制できる。

水素生成システムの構成を示すブロック図。 水素製造プラントの構成を示すブロック図。 電力制御装置の構成を示すブロック図。 売電電力量計画値の情報を含む指令信号の情報例を示す表。 リアルタイム目標値を平均売電電力量計画値とした場合の制御例を示す図。 リアルタイム目標値を発電電力から減じた値にした制御例を示す図。 リアルタイム目標値を（４）式に従い生成した制御例を示す図。 リアルタイム目標値を（５）式に従い生成した制御例を示す図。 電力制御装置の制御例を示すフローチャート。 第２実施形態に係る電力制御装置の構成例を示すブロック図。 予測発電電力とリアルタイム目標値との関係を示す図。 予測発電電力をベースにリアルタイム目標値の値を変更した例を示す図。 第２実施形態に係る電力制御装置の制御例を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態に係る水素制御装置、及び水素制御方法について、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）

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、水素製造プラント１０と、エネルギー管理システム２０と、電力制御装置３０とを備えて構成されている。図１では、更に電力系統Ｅｐｓが図示されている。

本実施形態では、電力供給状況に応じて水素製造プラント１０の電力消費パターンを変化させることをディマンドリスポンス（以下、単にＤＲと記す場合がある）と称する。ディマンドリスポンスには、「需要削減」としての所謂「下げＤＲ」と、「需要増加」としての所謂「上げＤＲ」の２通りがある。所謂「下げＤＲ」には、水素製造プラント１０の電力消費量の抑制、および電力生産量の増加の少なくともいずれかが行われる。例えば、この電力生産量の増加時には、水素製造プラント１０が生成した電力を売電することが行われる。

所謂「上げＤＲ」には、水素製造プラント１０の電力消費量の増加、および電力生産量の抑制の少なくともいずれかが行われる。これにより、「下げＤＲ」では、効果的に電力系統Ｅｐｓのピークカットを行うことが可能となる。「上げＤＲ」では、電力の供給過多状態に陥った際に、需要家に対し電力の消費増加を促すことで、電圧や周波数等の電気の品質安定化を行うことが可能となる

水素製造プラント１０は、水素製造プラント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ｐｖ（ｔ）の中から余乗した電力を瞬時売電電力ｘ（ｔ）として売電することが可能である。つまり、瞬時売電電力ｘ（ｔ）を電力系統Ｅｐｓ側へ逆潮流させて電力を売電する。ここで、ｔは時間を示す。なお、本実施形態に係る瞬時売電電力ｘ（ｔ）が、売電電力に対応する。

また、水素製造プラント１０は、再生可能エネルギー発電装置が生成する発電電力ｐｖ（ｔ）と、電力系統Ｅｐｓから供給される電力とにより水素を製造する。この水素製造プラント１０は、発電電力ｐｖ（ｔ）及び瞬時売電電力ｘ（ｔ）の情報を含む測定信号を電力制御装置３０に出力する。

エネルギー管理システム２０は、所定の期間における売電電力量計画値ｓｖの情報を含む指令信号を電力制御装置３０に出力する。また、売電電力量計画値ｓｖが設定された所定の時間区間は、ディマンドリスポンス期間に対応する。ディマンドリスポンス期間では、売電電力量計画値ｓｖが例えば電力会社との取り決めにより設定される。

このため、ディマンドリスポンス期間における売電電力量計画値ｓｖに売電電力量が達しないと、例えば売電電力量計画値ｓｖに達しない売電電力量に対して、契約によってはペナルティが課せられる可能性がある。ディマンドリスポンス期間は、例えば３０分単位であり、その期間は例えば３０～１２０分である。このように、エネルギー管理システム２０は、水素製造プラント１０の運転計画を作成するシステムである。運用計画は、一般的には１日を３０分単位で分割した４８分割の運転計画である。

電力制御装置３０は、エネルギー管理システム２０が作成する運転計画に基づき、水素製造プラント１０を制御する制御装置である。より具体的には、電力制御装置３０は、水素製造プラント１０から供給される発電電力ｐｖ（ｔ）及び瞬時売電電力ｘ（ｔ）の情報を含む測定信号と、売電電力量計画値ｓｖの情報を含む指令信号とに基づき、水素製造プラント１０の入力電力指示値ｕ（ｔ）と、パワーコンディショナの出力電力ｐ（ｔ）の情報を含む指令信号を水素製造プラント１０に出力する。
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。

図２は、水素製造プラント１０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、水素製造プラント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を備える。図２では、さらに水素負荷ＨＲが図示されている。なお、本実施形態では、交流電力値を基準値として説明するが、これに限定されず直流電力値を基準値としてもよい、例えば、本実施形態に係る発電電力ｐｖ（ｔ）は交流電力値であるが、これに限定されず直流電力値で発電電力ｐｖ（ｔ）を示してもよい。

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（ＰＶ）であり、発電電力ｐｖ（ｔ）を生成する。例えば、本実施形態に係る再生可能エネルギー発電装置１０ａは、発電電力ｐｖ（ｔ）を売電側と水素製造装置１０ｃを分岐し、再生可能エネルギー発電装置１０ａが有する電力供給部が直流交流変換する。上述のように、再生可能エネルギー発電装置１０ａは、発電電力の交流電力値である発電電力ｐｖ（ｔ）及び瞬時売電電力ｘ（ｔ）の情報を含む測定信号を電力制御装置３０に出力する。なお、本実施形態では、再生可能エネルギー発電装置１０ａが発電する電力をＰＶ発電電力と称する場合がある。

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。なお、本実施形態に係る水素製造プラント１０は、水素製造プラント１０内の再生可能エネルギー発電装置を有するが、これに限定されない。例えば、水素製造プラント１０は、再生可能エネルギー発電装置１０ａを有さない構成としてもよい。この場合、電力制御装置３０は、水素製造プラント１０と、再生可能エネルギー発電装置１０ａとを、それぞれ制御してもよい。

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、再生可能エネルギー発電装置１０ａが出力した発電電力ｐｖ（ｔ）を所定の出力電力ｐ（ｔ）に変換する。より具体的には、パワーコンディショナ１０ｂは、電力制御装置３０から入力された出力電力ｐ（ｔ）の情報を含む指令信号に従い、発電電力ｐｖ（ｔ）の大きさを調整した出力電力ｐ（ｔ）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ｐ（ｔ）の大きさは発電電力ｐｖ（ｔ）以下に調整される。なお、本実施形態では、直流電力を売電側と水素製造装置１０ｃを分岐し、再生可能エネルギー発電装置１０ａが有する電力供給部が直流交流変換する構成としているがこれに限定されない。例えば、パワーコンディショナ１０ｂは、再生可能エネルギー発電装置１０ａが有する構成としてもよい。この場合、パワーコンディショナ１０ｂからの電力供給を売電側と水素製造装置１０ｃ側とに分岐して供給するように構成し、制御してもよい。このような構成では、再生可能エネルギー発電装置１０ａが有するワーコンディショナ１０ｂが電力供給部に対応する。

水素製造装置１０ｃは、電気と水から、水電解により水素を製造する。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。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（ｔ）を、水素貯蔵装置１０ｄに蓄える。また、水素製造装置１０ｃは、水素製造量ｈ（ｔ）の情報を含む測定信号を電力制御装置３０に出力する。

水素製造装置１０ｃは、電力制御装置３０から入力された入力電力指示値ｕ（ｔ）の情報を含む指令信号に従い、入力電力指示値ｕ（ｔ）に対応する水素量Ｈ（ｔ）を製造する。発電電力ｐｖ（ｔ）の余乗電力の売電時には、一般に電力系統Ｅｐｓから電力供給を受けないため、パワーコンディショナ１０ｂが出力する出力電力ｐ（ｔ）と入力電力指示値ｕ（ｔ）は同等の値である。このため、以下では、売電時の制御例として、入力電力指示値ｕ（ｔ）について説明する。なお、本実施形態では、売電時の制御例として、入力電力指示値ｕ（ｔ）について説明するがこれに限定されない。例えば、出力電力ｐ（ｔ）も入力電力指示値ｕ（ｔ）と同様に制御可能である。

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、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。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は水素製造プラント１０外に配置してもよい。すなわち、水素製造プラント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。

水素負荷ＨＲは、例えば、燃料電池発電装置や燃料電池自動車などである。或いは、水素負荷ＨＲは、水素を各需要家へ配送するためのトレーラでもよい。

図３は、電力制御装置３０の構成を示すブロック図である。図３に示すように、電力制御装置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。

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、各種の制御用のデータ、及び制御用のパラメータを記憶する。例えば、後述するリアルタイム目標値生成部３０２が用いる設定パラメータを記憶する。

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２）、水素製造プラント１０（図２）、及びエネルギー管理システム２０（図２）と通信する。これにより、インターフェース部３０ｂは、瞬時売電電力ｘ（ｔ）、発電電力ｐｖ（ｔ）、売電電力量計画値ｓｖなどを取得する。なお、本実施形態に係るインターフェース部３０ｂが取得部に対応する。

また、インターフェース部３０ｂは、エネルギー管理システム２０（図２）から、制御の時間区間毎に、ＰＶ発電電力量予測値ＰｒｅＰ、プラント消費電力量（＝最小）、及びＰＶ発電量信頼区間などの情報を含む指令信号を受信することが可能である。ＰＶ発電量信頼区間は、予測発電電力ＰｒｅＰの確率分布を示す情報である。例えば、確率分布は、標準偏差σの正規分布により示される。この、標準偏差σが大きくなるに従い、ＰＶ発電電力量予測値ＰｒｅＰの予測精度が低下することを示す。

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、積算目標値生成部３００と、リアルタイム目標値生成部３０２と、指令値演算部３０４と、指令値出力部３０６とを、有する。なお、積算目標値生成部３００、リアルタイム目標値生成部３０２、指令値演算部３０４、及び値出力部３０６をそれぞれ、回路で構成してもよい。また、本実施形態では、ディマンドレスポンス期間などの制御の時間区間における開始時刻はコマ開始時刻と称し、終了時刻はコマ終了時刻と称する。また、ディマンドレスポンス期間の単位時間をコマと称する。なお、本実施形態に係るリアルタイム目標値生成部３０２が目標値生成部に対応し、後述するリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）が目標値に対応する。

積算目標値生成部３００は、エネルギー管理システム２０から取得した売電電力量計画値ｓｖを用いて、現在のコマの積算目標値ｓｖ＿Ｉを生成する。制御部３０ｃは、ディマンドレスポンスでは、この積算目標値ｓｖ＿Ｉと、３０分間における瞬時売電電力ｘ（ｔ）の積算値を一致させるように水素製造プラント３０を制御する。なお、本実施形態に係る積算目標値ｓｖ＿Ｉが所定期間における売電電力量に対応する。

図４は、エネルギー管理システム２０から取得する売電電力量計画値ｓｖの情報を含む指令信号の情報例を示す表である。ＰＶ発電電力量予測値Prepは、1コマ分、すなわち３０分間での再生可能エネルギー発電装置１０ａの発電電力量の予測値である。図４では、ＰＶ発電電力量予測値が６０００ｋｗｈであり、３０分間の平均ＰＶ発電電力量予測値が１２０００ｋｗである。プラント消費電力量（＝最小）が1０００ｋｗｈであり、３０分間の平均プラント消費電力量（＝最小）が２０００ｋｗである。このプラント消費電力量（＝最小）は、例えば水素製造プラント１０の水素非製造時の電力を示す。また、売電電力量計画値ｓｖが５０００ｋｗｈであり、３０分間の平均売電電力量計画値が１００００ｋｗである。

積算目標値生成部３００は、売電電力量計画値ｓｖに基づき、例えば（１）式にしたがい現在のコマの積算目標値ｓｖ＿Ｉを生成する。この積算目標値ｓｖ＿Ｉは、コマの中では不変の値のため、コマ開始時に計算する。

リアルタイム目標値生成部３０２は、記憶部３０ａに記憶された設定パラメータと積算目標値生成部３００で生成した積算目標値ｓｖ＿Ｉを用いて、１秒や１分などの制御周期における制御目標である瞬時売電電力x（ｔ）のリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成する。リアルタイム目標値生成部３０２の詳細な制御例は後述する。

指令値演算部３０４は、リアルタイム目標値生成部３０２で生成されたリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を制御周期毎における制御目標として、水素製造装置１０ｃの入力電力指示値ｕ（ｔ）を演算する。そして、指令値出力部３０６は、入力電力指示値ｕ（ｔ）を水素製造装置１０ｃに出力する。

より具体的には、指令値演算部３０４は、（２）、（３）式に従い、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）と瞬時売電電力ｘ（ｔ）が一致するように、ＰＩＤ制御により入力電力指令値ｕ（ｔ）を演算する。ＫＰ、ＫＩ、ＫＤはそれぞれＰＩＤコントローラの制御パラメータである。

図５は、比較例として、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を平均売電電力量計画値である１００００ｋｗ（図４参照）とした場合の制御例を示す図である。縦軸は電力を示し、横軸は１コマ内の時間を示す。

図５に示すように、指令値演算部３０４は、（２）、（３）式に従い、瞬時売電電力ｘ（ｔ）がリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）と一致するように、入力電力指令値ｕ（ｔ）を生成する。発電電力ｐｖ（ｔ）の余剰量が発生する場合は、売電電力の実績ｘ（ｔ）とリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）が大きくなるため、入力電力指令値ｕ（ｔ）が増加する。つまり、発電電力ｐｖ（ｔ）の余剰量が発生すると、ＰＩＤ制御によって余分に水素を製造することができ、効率的な運転が可能となる。なお、本実施形態に係る指令値演算部３０４が指令値生成部に対応する。

一方で、図５では、発電電力ｐｖ（ｔ）が1コマの後半では、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）よりも低下してしまう例を示している。このような場合には、プラント消費電力は最小値（図４参照）より減少することができないため、瞬時売電電力ｘ（ｔ）がリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を下回ってしまう。これにより、３０分間における売電電力量計画値ｓｖに基づく積算目標値ｓｖ＿Ｉと、瞬時売電電力ｘ（ｔ）の１コマ分の積算値である実績値とが一致せず、ディマンドレスポンスに失敗することとなる。

このように、３０分先のＰＶ発電電力が不明のため瞬時売電電力ｘ（ｔ）のリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を３０分間一定とした場合、３０分間の前半にＰＶの余剰分が発生すると余剰に水素を製造して瞬時売電電力を目標値と一致させることができるが、３０分間の後半にＰＶ発電電力が減少すると瞬時売電電力が減少し目標値と一致させることができない。

そこで、本実施形態に係るリアルタイム目標値生成部３０２は、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を一定にするのではなく、状況に応じて変化するリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成する。これにより、積算目標値ｓｖ＿Ｉ（（１）式参照）と瞬時売電電力ｘ（ｔ）の１コマ分の積算値である実績値を一致させるように制御する。

図６は、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を発電電力ｐｖ（ｔ）から減じた値にした制御例を示す図である。縦軸は電力を示し、横軸は１コマ内の時間を示す。図６では、後半で、入力電力指令値ｕ（ｔ）を増加させ、積算目標値ｓｖ＿Ｉと瞬時売電電力ｘ（ｔ）の１コマ分の積算値である実績値とを一致させる。仮に、１コマ分の発電電力ｐｖ（ｔ）が高精度に予測できた場合にはこのような制御が可能である。ただし、発電電力ｐｖ（ｔ）を誤差なく推定することは困難である。このため、リアルタイム目標値生成部３０２は、例えば（４）式に従い、リアルタイム目標値を生成する。

図７は、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を（４）式に従い生成した制御例を示す図である。縦軸は電力を示し、横軸は１コマ内の時間を示す。（４）式は、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）が時間経過に対して直線状に変換する線形式を示す。Ｔ＿ＣＯＵＮＴはコマ内の経過時間（秒）を示し、Ａは直線の傾きを示す。（４）式で示すリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を１コマ分の時間である１８００秒で積算すると、積算目標値ｓｖ＿Ｉになる。すなわち、１５分経過時のｓｖ（ｔ）が売電計画値ｓｖの３０分間平均売電電力（１００００ｋｗ）と一致する。

リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）は、例えば傾きＡ＝－０．５（ｋＷ／ｓ）とすると、コマ開始時（Ｔ＿ＣＯＵＮＴ＝０）のときはｓｖ（ｔ）＝10450ｋＷ、１５分経過時（Ｔ＿ＣＯＵＮＴ＝９００）のときはｓｖ（ｔ）＝１００００ｋＷ、コマ終了時（Ｔ＿ＣＯＵＮＴ＝１８００）のときはｓｖ（ｔ）＝9550ｋＷとなる。このように、３０分間の前半に、瞬時売電電力ｘ（ｔ）を増加させることにより、前半の瞬時売電電力ｘ（ｔ）の積算値を増加させることが可能となる。すなわち、所定期間内である１コマ内における第１期間（前半）の瞬時売電電力ｘ（ｔ）の平均値を第１期間よりも後の１コマ内における第２期間（後半）の平均値よりも大きくする。これにより、後半にＰＶ発電電力ｐｖ（ｔ）が減少した場合にも、１コマ分の瞬時売電電力ｘ（ｔ）の積算値を積算目標値ｓｖ＿Ｉと一致させることが可能となる。すなわち、第２期間に発電電力ｐｖ（ｔ）が減少した場合にも、第１期間の瞬時売電電力ｘ（ｔ）により第２期間の瞬時売電電力ｘ（ｔ）の低下分を予め補うことが可能となる。このため、３０分間における積算目標値ｓｖ＿Ｉと瞬時売電電力ｘ（ｔ）の１コマ分の積算値である実績値がずれる可能性を低減できる。

また、リアルタイム目標値生成部３０２は、予測値の予測精度に応じて前記直線の傾きをＰＶ発電電力量予測値Prepの予測精度に応じて変更してもよい。すなわち、予測精度に関する情報である標準偏差σが小さくなるにしたがい傾きＡを小さくする。

また、ＰＶ発電電力量予測値Ｐｒｅｐの予測を、ディマンドリスポンスの取り決め前にエネルギー管理システム２０から取得可能である場合がある。このような場合には、ＰＶ発電電力量予測値Ｐｒｅｐの予測精度が低下するのに応じて、例えば電力会社等との取り決めに従い（１）式で示す売電電力量計画値ｓｖを低減させるとともに、積算目標値ｓｖ＿Ｉを低下させてもよい。すなわち、売電電力量計画値ｓｖ（図４参照）を低減させる。これにより、３０分間における積算目標値ｓｖ＿Ｉと瞬時売電電力ｘ（ｔ）の１コマ分の積算値である実績値がずれる可能性をより低減可能となる。

さらにまた、ＰＶ発電電力量予測値Prepの予測が、ディマンドリスポンスの取り決め前に取得可能（？）である場合には、予測精度が低下するに従い、積算目標値ｓｖ＿Ｉを下げるとともに、傾きＡを大きくしてもよい。これにより、より前の期間に瞬時売電電力ｘ（ｔ）の積算値を増加させることが可能となり、３０分間における積算目標値ｓｖ＿Ｉと瞬時売電電力ｘ（ｔ）の１コマ分の積算値である実績値がずれる可能性をさらに低減できる。

記憶部３０ａは、時間帯別に（４）式における傾きＡを予め記憶してもよい。一日の時間帯別にＰＶ発電電力量予測値Prepの予測精度は時間帯別に周期性を有している場合がある。このため、リアルタイム目標値生成部３０２は、ＰＶ発電電力量予測値Preｐの予測精度が不明である場合にも、（４）式における傾きＡを設定可能となる。

図８は、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を（５）式に従い生成した制御例を示す図である。縦軸は電力を示し、横軸は１コマ内の時間を示す。（５）式は、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）が時間経過に対して階段状に変化させる式を示す。（５）式で示すリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を１コマ分の時間である１８００秒で積算すると、積算目標値ｓｖ＿Ｉになる。比率αは、（０≦α≦１）である。

このように、所定期間内である１コマ内の経過時間の閾値ＴＩＭＥ＿ＬＩＭＩＴ及び比率αが予め定められており、リアルタイム目標値生成部３０２は、１コマ内の経過時間に応じて、時系列なリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を閾値ＴＩＭＥ＿ＬＩＭＩＴ前後で比率αに応じて変化させる。

図８に示すように、３０分間の前半に、瞬時売電電力ｘ（ｔ）を増加させることにより、前半の瞬時売電電力ｘ（ｔ）の積算値を増加させることが可能となる。すなわち、所定期間内である１コマ内における閾値ＴＩＭＥ＿ＬＩＭＩＴより前の第１期間の瞬時売電電力ｘ（ｔ）の平均値を閾値ＴＩＭＥ＿ＬＩＭＩＴよりも後の第２期間の平均値よりも大きくする。これにより、後半に発電電力ｐｖ（ｔ）が減少した場合にも、１コマ分の瞬時売電電力ｘ（ｔ）の積算値を積算目標値ｓｖ＿Ｉと一致させることが可能となる。このため、３０分間における積算目標値ｓｖ＿Ｉ（（１）式参照）と瞬時売電電力ｘ（ｔ）の１コマ分の積算値である実績値がずれる可能性を低減できる。このように、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を時間経過に対して階段状に減少させる場合にも、３０分間における積算目標値ｓｖ＿Ｉと瞬時売電電力ｘ（ｔ）の１コマ分の積算値である実績値がずれる可能性を低減できる。

（５）式に従う制御例においても、ＰＶ発電電力量予測値prepの予測精度が低下するにしたがい、比率αを増加させてもよい。積算目標値ｓｖ＿Ｉを下げると共に、比率αを大きくすることにより、閾値ＴＩＭＥ＿ＬＩＭＩＴより前の期間に瞬時売電電力ｘ（ｔ）の積算値を増加させることが可能となり、３０分間における積算目標値ｓｖ＿Ｉと瞬時売電電力ｘ（ｔ）の１コマ分の積算値である実績値がずれる可能性をさらに低減できる。

なお、記憶部３０ａは、（１）～（５）式の各係数などをパラメータとして記憶する。そして、リアルタイム目標値生成部３０２は、記憶部３０ａに記憶される各パラメータにしたがい、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成する。

また、本実施形態では、水素製造装置１０ｃへの入力電力指令値ｕ（ｔ）を調整して瞬時売電電力ｘ（ｔ）を制御するが、これに限定されない。上述のように、発電電力ｐｖ（ｔ）の出力を抑制することができるパワーコンディショナ１０ｂへの出力指令値を制御してもよい。或いは、瞬時売電電力ｘ（ｔ）を調整できる制御指令値があれば、同様の制御によりその制御指令値を出力してもよい。また、本実施形態では、入力電力指令値ｕ（ｔ）水素製造装置１０ｃの制御に用いてるがこれに限定されない。例えば、入力電力指令値ｕ（ｔ）にしたがった電力を、蓄電池などに供給してもよい。

図９は、電力制御装置３０の制御例を示すフローチャートである。ここでは、１コマ分のディマンドレスポンスに対応する制御例を説明する。

まず、インターフェース部３０ｂは、売電電力量計画値ｓｖを取得する（ステップＳ１００）。続けて、インターフェース部３０ｂは、売電電力量計画値ｓｖを積算目標値生成部３００に供給する。

次に、インターフェース部３０ｂは、水素製造プラント１０から発電電力ｐｖ（ｔ）を取得する（ステップＳ１０２）。次に、積算目標値生成部３００は、売電電力量計画値ｓｖに基づき、の積算目標値ｓｖ＿Ｉを生成する（ステップＳ１０４）。

次に、リアルタイム目標値生成部３０２は、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成するための各パラメータを生成し、記憶部３０ａに記憶する（ステップＳ１０６）。

次に、リアルタイム目標値生成部３０２は、エネルギー管理システム２０からの入力情報にしたがい、ディマンドレスポンスのコマが開始したか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ディマンドレスポンスのコマが開始したと判定する場合（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、リアルタイム目標値生成部３０２はリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成する（ステップＳ１１０）。一方で、ディマンドレスポンスのコマが開始したと判定しない場合（ステップＳ１０８のＮＯ）、リアルタイム目標値生成部３０２はリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成しない。

次に、指令値演算部３０４は、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）が存在する場合には、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を用いたＰＩＤ制御により入力電力指令値ｕ（ｔ）を演算する（ステップＳ１１２）。一方で、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）が生成されていない場合には、通常の運転計画値にしたがった入力電力指令値ｕ（ｔ）を生成する（ステップＳ１１４）。

そして、指令値出力部３０６は、入力電力指令値ｕ（ｔ）を水素製造装置１０ｃに出力する（ステップＳ１１６）。次に、制御部３０Ｃは、全体処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ１１６）。全体処理を終了すると判定しない場合（ステップＳ１１６のＮＯ）、ステップＳ１００からの処理を繰り返す。一方で、全体処理を終了すると判定する場合（ステップＳ１１６のＹＥＳ）、全体処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、制御部３０ｃは、所定期間内である1コマにおける第１期間の瞬時売電電力ｘ（ｔ）の平均値を第１期間よりも後の1コマ内における第２期間の平均値よりも大きくする制御を行う。これにより、第２期間に発電電力ｐｖ（ｔ）が減少した場合にも、第１期間の瞬時売電電力ｘ（ｔ）により第２期間の瞬時売電電力ｘ（ｔ）の低下分を予め補うことが可能となる。このため、３０分間における積算目標値ｓｖ＿Ｉ（（１）式参照）と瞬時売電電力ｘ（ｔ）の１コマ分の積算値である実績値がずれる可能性を低減できる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る電力制御装置３０は、発電電力の短期予測が可能である点で第１実施形態に係る電力制御装置３０と相違する。以下では、第１実施形態に係る電力制御装置３０と相違する点を説明する。

図１０は、第２実施形態に係る電力制御装置３０の構成例を示すブロック図である。図１０に示すように、予測部３０８を更に備える点で、第１実施形態に係る電力制御装置３０と相違する。

予測部３０８は、再生可能エネルギー発電装置１０ａの短期予測を行う。例えば、この予測部３０８は、ディマンドレスポンス期間1コマ分の再生可能エネルギー発電装置１０ａの予測発電電力ｙ（ｔ）を生成する。

より詳細には、予測部３０８は、例えば時系列分析手法の一つであるＡＲＭＡモデル（自己回帰移動平均モデル）を利用して、予測発電電力ｙ（ｔ）を生成する。ＡＲＭＡモデルはＡＲモデル（自己回帰モデル）とＭＡモデル（移動平均モデル）を組み合わせたものとなり、（６）式で表すことができる。

ここで、ｙ（ｔ）は時刻ｔにおける再生可能エネルギー発電装置１０ａの予測発電電力であり、ｃ，φ１～φｐ，θ１～θｑはパラメータ、ε（ｔ）は時刻ｔにおけるホワイトノイズである。ｐはＡＲモデルの次数、ｑはＭＡモデルの次数を表す。予測部３０８は、実際に推定する前に予めデータベースに保存しているＰＶ発電電力の過去データを用いて、（６）式の各種パラメータと２つの次数を決定し、記憶部３０ａに記憶する。

図１１は、予測発電電力ｙ（ｔ）とリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）との関係を示す図である。縦軸は電力を示し、横軸は１コマ内の時間を示す。

図１１に示すように、リアルタイム目標値生成部３０２は、例えば（７）式に従い、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成する。ｙｐｒｅ＿ｍｅａｎは、プラント最小消費電力に対応するオフセット値を減算した後の1コマ分の予測発電電力ｙ（ｔ）の平均値である。

時刻ｔにおける予測発電電力ｙ（ｔ）に対して、３０分先までの予測発電電力ｙ（ｔ）の平均値ｙｐｒｅ＿ｍｅａｎと積算目標値ｓｖ＿Ｉの比をかけることで、生成されるリアルタイム目標値の積算値が積算目標値に一致する。

図１２は、予測発電電力ｙ（ｔ）をベースにリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）の値を変更した例を示す図である。縦軸は電力を示し、横軸は１コマ内の時間を示す。図１２に示すように、リアルタイム目標値生成部３０２は、第１実施形態と同様に、予測発電電力ｙ（ｔ）をベースとして、直線１２００に沿うように、前半のリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を後半のリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）よりも大きな値をとるように生成してもよい。この場合も、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）の積算値は、積算目標値ｓｖ＿Ｉと一致するように調整される。

このように、実施形態１と同様の効果が得られる。また、過去データを用いた予測発電電力ｙ（ｔ）の時系列予測を行うことで、発電電力ｐｖ（ｔ）の変動に応じたリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成することができ、３０分間の売電電力量の実績をＤＲの目標値と一致させる制御性能をより向上させることが可能となる。

なお、本実施形態では、時系列分析手法のＡＲＭＡモデルを用いたが、これに限定されない。例えば、予測モデルにＡＲモデル、ＭＡモデル、ＡＲＩＭＡモデル、ＳＡＲＩＭＡモデルなどを用いてもよい。或いは、予測モデルにニューラルネットワークやＬＳＴＭなど深層学習の予測手法を用いてもよい。ニューラルネットワークや深層学習では、様々な種類のデータを入力データとして利用できる。例えば、日射量、気温、風速、時刻など、ＰＶ発電電力に関係する様々なデータを入力することで予測精度をより向上させることが可能となる。また、図１０に示すように、インターフェース部３０ｂにおいてエネルギー管理システム２０から３０分単位のＰＶ発電電力量予測値Ｐｐを取得し、これをニューラルネットワークや深層学習の入力データとして利用して３０分未満のＰＶ発電電力の短期予測を行ってもよい。現在コマである３０分間のＰＶ発電電力量予測値Preｐ
と、３０分後のコマのＰＶ発電電力量予測値Preｐを利用することで、ＰＶ発電電力の増加／減少の傾向を考慮することができ、より精度の高いＰＶ発電電力の短期予測が可能となる。また、３０分間のＰＶ発電電力量予測値Preｐと、３０分後のコマのＰＶ発電電力量予測値Preｐを利用して直線１２００を生成してもよい。これにより、より精度の高いリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）が生成可能となる。

また、上述のように、エネルギー管理システム２０からＰＶ発電電力量予測値Preｐに、予測精度の指標となる偏差値や信頼度などのデータが付与される場合がある。これらの情報を、エネルギー管理システム２０から取得可能である場合がある。このような場合には、ＰＶ発電電力量予測値Ｐｒｅｐの予測精度が低下するにしたがい、例えば電力会社等との取り決めにより、（１）式で示す売電電力量計画値ｓｖを低減させるとともに、積算目標値ｓｖ＿Ｉを低下させてもよい。これにより、積算目標値ｓｖ＿Ｉと実績値のずれを抑制できる。

また、上述のようにＰＶ発電電力量予測値Ｐｒｅｐの予測精度が低下するにしたがい、積算目標値ｓｖ＿Ｉを低下させるとともに、更に前半のリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）が後半のリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）よりもより大きな値をとるように生成してもよい。これにより、積算目標値ｓｖ＿Ｉと実績値のずれをより抑制できる。

また、本実施形態では、予測部３０８において再生可能エネルギー発電装置１０ａの発電電力ｙ（ｔ）を予測したがこれに限定されない。例えば、予測対象は日射量などの再生可能エネルギー発電装置１０ａの発電電力の関連データの予測でもよい。例えば日射量を予測する場合、予測した日射量から物理式を用いた計算で再生可能エネルギー発電装置１０ａの発電電力を計算する。または、日射量と再生可能エネルギー発電装置１０ａの発電電力の関係を統計的手法により記憶しておき、予測した日射量から再生可能エネルギー発電装置１０ａの発電電力を計算してもよい。

本実施形態では、コマ開始時に３０分先までの発電電力ｙ（ｔ）の短期予測を行ってリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成したが、例えば１分毎に再予測を行って都度リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成してもよい。ただし、１分毎に発電電力ｙ（ｔ）を再予測する場合においても、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）の積算値を積算目標値と一致させる必要がある。

例えば、コマ開始から５分後にリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成する場合は、コマ開始時から５分間のリアルタイム目標値を考慮した上で、５分～３０分までのリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成する必要がある。このため、リアルタイム目標値生成部３０２は、例えば（８）～（１０）式に従い、リアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成する

より具体的には、コマ開始時から５分間経過しているため、その間のリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を用いて、現在の時刻ｔからコマ終了時までの生成するリアルタイム目標値の平均値（ｔｍｐ＿ｋＷ＿ｍｅａｎ）を計算する。次に、現在の時刻ｔからコマ終了時までの発電電力予測値ｙ（ｔ）の平均値（ｔｍｐ＿ｙｐｒｅ＿ｍｅａｎ）を計算する。そして、発電電力予測値ｙ（ｔ）に、現在からコマ終了時までのリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）の平均値と発電電力予測値ｙ（ｔ）の平均値の比をかけえることで、生成されるリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）の積算値が積算目標値ｓｖ＿Ｉに一致する。なお、以下の式においてｋはコマ開始時の時刻を表している。

コマ開始時だけでなくコマの途中で発電電力ｐｖ（ｔ）を再予測することで、発電電力ｐｖ（ｔ）に急激な変動が発生して予測誤差が大きくなった場合でも対応が可能となる。上記では１分毎などの更新周期になった場合に発電電力ｐｖ（ｔ）を再予測してリアルタイム目標値を生成しているが、記憶部３０ａで発電電力予測値ｙ（ｔ）の誤差に関する閾値を記憶しておき発電電力予測値ｙ（ｔ）の誤差が閾値を超えた場合に発電電力ｐｖ（ｔ）を再予測してリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成してもよい。

なお、本実施形態では、インターフェース部３０ｂにおいてエネルギー管理システム２０から３０分単位のＰＶ発電電力量予測値を取得したが、これに限るものではない。水素製造プラント１０の電力制御装置３０の中で３０分単位のＰＶ発電電力量を予測してもよい。或いは、３０分単位のＰＶ発電電力量を、インターネットを介して別装置から取得してもよい。

図１３は、第２実施形態に係る電力制御装置３０の制御例を示すフローチャートである。図１３に示すように、判定ステップＳ１０８の後に判定ステップＳ１１８が追加される点で、図９に示したフローチャートと相違する。

リアルタイム目標値生成部３０２がディマンドレスポンスのコマが開始したと判定する場合（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、リアルタイム目標値生成部３０２はＰＶ発電予測更新周期か否かを判定する（ステップＳ１１８）。予測更新周期と判定する場合（ステップＳ１１８のＹＥＳ）、リアルタイム目標値生成部３０２は、発電予測値ｙ（ｔ）に基づくリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成する（ステップＳ１１８）。このように、予測更新周期では、リアルタイム目標値生成部３０２は、発電予測値ｙ（ｔ）に基づくリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成する。

以上説明したように、本実施形態によれば、予測部３０８において再生可能エネルギー発電装置１０ａの発電電力ｙ（ｔ）を予測することとした。これにより、発電電力ｐｖ（ｔ）の変動に応じたリアルタイム目標値ｓｖ（ｔ）を生成することができ、３０分間の売電電力量の実績をディマンドレスポンス（ＤＲ）の目標値と一致させる制御性能をより向上させることが可能となる。

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。

１：水素生成システム、１０：水素製造プラント、１０ａ：再生可能エネルギー発電装置、３０：電力制御装置、３０ａ：記憶部、３０ｂ：インターフェース部、３０ｃ：制御部、３０２：リアルタイム目標値生成部、３０４：指令値演算部、３０６：指令値出力部。

Claims (17)

1. 再生可能エネルギー発電装置が生成する発電電力の供給を制御する電力制御装置であって、
   所定期間における売電電力量に関する情報を取得する取得部と、
   前記所定期間における時系列な売電電力の積算値が前記売電電力量となるように、前記発電電力のなかから電力を売電させる制御を前記再生可能エネルギー発電装置の電力供給部に行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記所定期間内における第１期間の売電電力の平均値を前記第１期間よりも後の前記所定期間内における第２期間の平均値よりも大きくする、電力制御装置。
2. 前記制御部は、前記所定期間における時系列な売電電力の前記所定期間における時系列な目標値を予め生成する目標値生成部を有し、
   前記制御部は、前記時系列な目標値に応じて、前記売電電力を制御する、請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記目標値生成部は、前記時系列な目標値の時間経過に対する変化が所定の傾きを有する直線に沿うように生成する、請求項２に記載の電力制御装置。
4. 前記目標値生成部は、前記直線に対応する前記目標値は、前記時間経過に対して低下する、請求項３に記載の電力制御装置。
5. 前記売電電力量は、前記所定期間における前記再生可能エネルギー発電装置が生成する発電電力量の予測値に基づき設定される、請求項３又は４に記載の電力制御装置。
6. 前記目標値生成部は、前記予測値の予測精度に応じて前記直線の傾きを変更する、請求項５に記載の電力制御装置。
7. 時間帯別の前記傾きを記憶する記憶部を更に備え、
   前記目標値生成部は、前記記憶部に記憶される現在の時間帯の傾きを用いて、前記所定期間における前記時系列な目標値の積算値が前記売電電力量と一致する時系列な目標値を生成する、請求項６に記載の電力制御装置。
8. 前記目標値生成部は、前記時系列な目標値の時間経過に対する変化が段階的に低減するように生成する、請求項２に記載の電力制御装置。
9. 前記所定期間内の経過時間の閾値及び比率が予め定められており、
   前記目標値生成部は、前記所定期間内の経過時間に応じて、前記時系列な目標値を前記閾値前後で前記比率に応じて変化させる、請求項８に記載の電力制御装置。
10. 前記目標値生成部は、前記所定期間内の前記時系列な目標値の積算値が前記売電電力量と一致するように生成する、請求項９に記載の電力制御装置。
11. 前記制御部は、
    前記所定期間内の経過時間に対する前記発電電力を時系列に予測する予測部を更に有し、
    前記目標値生成部は、前記発電電力を時系列な予測に基づき、前記時系列な目標値を生成する、請求項２乃至１０のいずれか一項に記載の電力制御装置。
12. 前記予測部は、日射量、気温、風速、及び時刻のすくなくともいずれかの情報を用いて前記発電電力を時系列に予測する、請求項１１に記載の電力制御装置。
13. 前記予測部は、前記所定期間内における発電電力量の予測値を用いて前記発電電力を時系列に予測する、請求項１１又は１２に記載の電力制御装置。
14. 前記目標値生成部は、前記発電電力の時系列な予測の誤差が所定の閾値を超える場合に、前記予測部が新たに予測した時系列な前記発電電力を用いて、前記時系列な目標値が前記売電電力量と一致するように目標値を更新する、請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の電力制御装置。
15. 前記所定期間は、前記再生可能エネルギー発電装置の前記売電電力量を調整するディマンドレスポンスを行う期間に対応する、請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の電力制御装置。
16. 前記制御部は、
    時系列な前記発電電力と前記時系列な目標値とに基づき、水素製造プラントの水素製造量に対応する電力値の情報を含む指令値を生成する指令値生成部と、
    前記指令値を前記水素製造プラントに出力する指令値出力部と、
    を更に有する、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の電力制御装置。
17. 再生可能エネルギー発電装置が生成する発電電力により水素を製造する水素製造プラントを制御する水素制御方法であって、
    所定期間における売電電力量に関する情報を取得する取得工程と、
    前記所定期間における時系列な売電電力の積算値が前記売電電力量となるように、前記発電電力のなかから電力を売電させる制御を前記再生可能エネルギー発電装置の電力供給部に行う制御工程と、を備え、
    前記制御工程は、前記所定期間内における第１期間の売電電力の平均値を前記第１期間よりも後の前記所定期間内における第２期間の平均値よりも大きくする、電力制御方法。

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