WO2016092774A1

WO2016092774A1 - 電力供給システム

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Publication number: WO2016092774A1
Application number: PCT/JP2015/005966
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Inventors: 伊藤　章
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
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Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2016-06-16
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Abstract

　短期間における需給バランスの変動のみならず、長期間における需給バランスの変動をも考慮した充放電を行うことにより、電力の地産地消を実現することのできる電力供給システムを提供する。電力供給システム（ＰＳ）は、蓄電池装置（２１）の充放電を制御する制御装置（２００）と、水素貯蔵装置（３１）の充放電を制御する制御装置（３００）と、を備える。制御装置（２００）は、第１予測期間において蓄電池装置（２１）から充放電すべき電力の推移を示す第１計画データを生成する。制御装置（３００）は、第２予測期間において水素貯蔵装置（３１）から充放電すべき電力の推移を示す第２計画データを生成する。第１計画データの生成は、予め前記第２計画部により生成された第２計画データに基づいて行われる。

Description

電力供給システム

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１４年１２月９日に出願された日本国特許出願２０１４－２４９１５０号に基づくものであり、その開示をここに参照により援用する。

　本開示は、建物に電力を供給するための電力供給システムに関する。

　近年、資源保護や地球温暖化防止等の観点から、太陽光発電や風力発電などのような自然エネルギーを用いた発電が注目されている。そこで、電力系統からの電力に加えて、又は電力系統からの電力に換えて、太陽光等により発電された電力を建物に供給することのできる電力供給システムが開発されている（下記特許文献１を参照）。

　ただし、自然エネルギーを用いた発電によって得られる電力（以下、「発電電力」ともいう）は、日射量や風速などの変化により大きく変動してしまうという問題がある。また、建物における電力の需要も、時間帯によって大きく変動する。それぞれが最大となる時間帯は、互いに一致しないことが多い。

　そこで、建物における需要を超えた発電電力を一時的に蓄えたり、需要に対して不足した発電電力を放電により補ったりするために、電力供給システムには蓄電装置が搭載されるのが一般的となっている。蓄電装置とは、例えば定置型の蓄電池であるが、建物にケーブル接続された電動車両が備える蓄電池であってもよい。電力の需給バランス（建物の電力需要と発電電力とのバランス）を考慮して、蓄電装置における充放電を時間帯ごとに効率よく行えば、電力系統から建物に供給される電力を抑制し、電力会社に支払う電気料金を低減することができる。

　下記特許文献１には、今後予測される発電量の推移、及び、今後予測される電力需要の推移に基づいて、蓄電装置における充放電スケジュールを最適化することのできる電力供給システムが開示されている。

　ところで、蓄電装置に蓄えることのできる電力は有限であるから、発電電力が大きな状態が長時間継続した場合には、蓄えることのできなかった余剰電力を電力系統に逆潮流させる必要が生じる。このような逆潮流は、売電により電気料金を低減するという観点からは望ましいものである。下記特許文献１においては、売電によって電気料金を最小化するという条件の下で、充放電スケジュールを最適化するための方法についても開示されている。

　しかしながら、逆潮流を行うような建物が増加し過ぎると、電力系統側においては電力の品質低下（周波数の不安定化等）が生じることとなるので、望ましくない。このため、逆潮流させることを前提とした電力供給システムが広く普及することは、現実的ではないと考えられる。この点に鑑みれば、逆潮流の発生を可能な限り少なくした上で、建物の電力需要の大部分が発電電力によって賄われること、すなわち、電力の地産地消が行われることがより望ましい。

ＪＰ２０１３－２７２１４Ａ

　上記特許文献１に記載された電力供給システムによれば、逆潮流を可能な限り少なくするような条件の下で、充放電スケジュールを最適化することも可能ではある。しかしながら、最適化される充放電スケジュールは、比較的短期間（例えば２４時間）における電力の需給バランスのみを考慮して算出されるものであって、それよりも長期間（例えば１週間）における電力の需給バランスを考慮したものとはなっていない。

　このため、２４時間内における電力需要や発電電力の変動を考慮したきめ細やかな制御は可能なのであるが、数日間にわたるような発電電力等の変動までは考慮されない。例えば、３日後からは晴天が続き発電電力が多くなる（余剰電力が増える）ことを考慮して、予め蓄電量を減らしておくような対応をとることは難しい。このため、長期的な発電条件（気候）の変動によっては、逆潮流の必要性が生じてしまう可能性があった。

　本開示の目的の一つは、短期間における需給バランスの変動のみならず、長期間における需給バランスの変動をも考慮した充放電を行うことにより、電力の地産地消を実現することのできる電力供給システムを提供することにある。

　本開示の一観点の電力供給システムは、自然エネルギーを用いて発電した電力を建物に供給する発電装置と、発電装置で発電された電力、及び、電力系統から供給された電力を蓄えるとともに、蓄えられた電力を建物に供給可能な第１蓄電装置と、第１蓄電装置よりも容量の大きな蓄電装置であって、発電装置で発電された電力、及び、電力系統から供給された電力を蓄えるとともに、蓄えられた電力を建物に供給可能な第２蓄電装置と、第１蓄電装置の充放電を制御する第１制御装置と、第２蓄電装置の充放電を制御する第２制御装置と、を備える。

　第１制御装置は、第１予測期間において建物で消費されると予測される電力の推移を示す第１需要予測データと、第１予測期間おいて発電装置で発電されると予測される電力の推移を示す第１発電予測データと、第１蓄電装置の蓄電量の実測値とに基づいて、第１予測期間において第１蓄電装置から充放電すべき電力の推移を示す第１計画データを生成する第１計画部と、生成された第１計画データに沿うように第１蓄電装置の充放電を制御する第１制御部と、を有するものである。

　第２制御装置は、第１予測期間を包含する第２予測期間において建物で消費されると予測される電力の推移を示す第２需要予測データと、第２予測期間おいて発電装置で発電されると予測される電力の推移を示す第２発電予測データと、第２蓄電装置の蓄電量の実測値とに基づいて、第２予測期間において第２蓄電装置から充放電すべき電力の推移を示す第２計画データを生成する第２計画部と、生成された第２計画データに沿うように第２蓄電装置の充放電を制御する第２制御部と、を有するものである。

　第１計画部による第１計画データの生成は、予め第２計画部により生成された第２計画データに基づいて行われる。

　以上のような構成の電力供給システムでは、比較的小容量の第１蓄電装置からの充放電により、短期間における需給バランスの変動に対応したきめ細やかな制御が行われる。また、比較的大容量の第２蓄電装置からの充放電により、長期間における需給バランスの変動に対応する制御（大まかな過不足調整）も合わせて行われる。

　更に、第１計画部による第１計画データの生成が、予め第２計画部により生成された第２計画データに基づいて行われることにより、上記２つの制御は連携して行われることとなる。その結果、短期間における需給バランスの変動のみならず、長期間における需給バランスの変動をも考慮した充放電スケジュールに沿って充放電が行われるので、逆潮流が抑制され、電力の地産地消を実現することが可能となる。

　以上のように、短期間における需給バランスの変動のみならず、長期間における需給バランスの変動をも考慮した充放電を行うことにより、電力の地産地消を実現することのできる電力供給システムを提供することができる。

　本開示についての上記および他の目的、特徴や利点は、添付図面を参照した下記詳細な説明から、より明確になる。添付図面において、
図１は、実施形態に係る電力供給システムの全体構成を模式的に示す図である。図２は、図１に示された電力供給システムのうち、第１制御装置及び第２制御装置のそれぞれの構成を示す図である。図３は、第１制御装置及び第２制御装置によって行われる制御の内容を示すブロック線図である。図４は、第２予測期間について説明するための図である。図５は、第１予測期間について説明するための図である。

　以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

　まず、図１を参照しながら、実施形態に係る電力供給システムＰＳについて説明する。電力供給システムＰＳは、家屋ＨＭに電力を供給するためのシステムとして構成されている。

　尚、家屋ＨＭは、商用電源である電力系統ＣＰからも電力の供給を受けている。電力系統ＣＰと家屋ＨＭとは、交流バスラインである電力供給ラインＳＬ０を介して接続されている。家屋ＨＭには、電力供給ラインＳＬ０を通じて単相１００Ｖの交流電力が電力系統ＣＰから供給されている。家屋ＨＭ内に設置された電力使用機器（負荷）は、主に電力系統ＣＰからの電力の供給を受けて動作する。

　電力供給システムＰＳは、電力系統ＣＰと家屋ＨＭとを繋ぐ電力供給ラインＳＬ０の途中に接続されている。電力供給システムＰＳは、電力供給ラインＳＬ０を通じて補助的な電力を家屋ＨＭに供給し、電力系統ＣＰから家屋ＨＭに供給される電力を抑制するためのものである。電力供給システムＰＳは、太陽光発電ユニット１０と、蓄電池ユニット２０と、水素貯蔵ユニット３０とを備えている。

　太陽光発電ユニット１０は、太陽光のエネルギーを電力に変換し、当該電力を家屋ＨＭに供給するための装置である。太陽光発電ユニット１０からの電力は、電力供給ラインＳＬ１及び電力供給ラインＳＬ０を通じて家屋ＨＭに供給される。電力供給ラインＳＬ１は、一端が電力供給ラインＳＬ０に接続された交流バスラインである。

　太陽光発電ユニット１０は、太陽光パネル１１と、インバータ１２とを備えている。太陽光パネル１１は、太陽光のエネルギーを直接電力に変換することにより発電するものであり、家屋ＨＭの屋根に設置されている。

　インバータ１２は、太陽光パネル１１で生じた直流電力を単相１００Ｖの交流電力に変換して、当該電力を電力供給ラインＳＬ１に供給するための電力変換器である。図１に示されるように、本実施形態では１組の太陽光パネル１１及びインバータ１２が、電力供給ラインＳＬ１に対して接続されている。尚、太陽光パネル１１及びインバータ１２のそれぞれの台数は１台に限られず、家屋ＨＭの規模や太陽光パネル１１の性能に応じて増減させてもよい。

　晴天時の昼間においては、太陽光発電ユニット１０から家屋ＨＭへと電力が供給される。これにより、電力系統ＣＰから家屋ＨＭへの電力供給が抑制され、電力事業者に支払う電気料金を低減することができる。

　蓄電池ユニット２０及び水素貯蔵ユニット３０は、いずれも、太陽光発電ユニット１０又は電力系統ＣＰから供給された電力のうち、家屋ＨＭで消費されなかった電力を一時的に蓄えておくための蓄電装置である。家屋ＨＭによる電力消費が大きな時間帯には、蓄電池ユニット２０及び水素貯蔵ユニット３０に蓄えられた電力を家屋ＨＭに供給することで、電力系統ＣＰから家屋ＨＭに供給される電力を抑制することが可能となっている。

　電力供給システムＰＳは、蓄電池ユニット２０及び水素貯蔵ユニット３０が何れも満充電の状態となった場合には、太陽光パネル１１で発電された電力を電力系統ＣＰへと逆潮流させることできる。ただし、本実施形態においては、蓄電池ユニット２０及び水素貯蔵ユニット３０のそれぞれの充放電を適宜調整することにより、可能な限り逆潮流の発生を抑制するような制御が行われる。具体的な制御については後に説明する。

　蓄電池ユニット２０は、蓄電池装置２１と、電力変換器２２と、蓄電量センサ２３と、制御装置２００と、を備えている。

　蓄電池装置２１は、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池からなる二次電池である。蓄電池装置２１に蓄電可能な電力量は、後述の水素貯蔵装置３１に蓄電可能な電力量よりも小さい。

　電力変換器２２は、蓄電池装置２１からの直流電力を昇圧し、且つ交流電力に変換して電力供給ラインＳＬ１に供給するための電力変換器である。つまり、電力変換器２２は、電力供給ラインＳＬ１と蓄電池装置２１との間で電力を調整して両者を繋ぐものということができる。電力変換器２２は、パワーコンディショナとも称されるものである。蓄電池ユニット２０から電力供給ラインＳＬ１側に出力される電力の大きさ、及び、電力供給ラインＳＬ１側から蓄電池ユニット２０へと引き込まれる（蓄えられる）電力の大きさが、電力変換器２２によって調整される。

　蓄電量センサ２３は、蓄電池装置２１に現在蓄えられている電力量（ＳＯＣ）の大きさを測定するためのセンサである。蓄電量センサ２３によって測定された電力量は、制御装置２００に入力される。

　制御装置２００は、電力変換器２２の動作を制御するための装置である。制御装置２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えたコンピュータシステムとして構成されている。制御装置２００の具体的な構成や、行われる制御については、後に説明する。

　水素貯蔵ユニット３０は、水素貯蔵装置３１と、電力変換器３２と、貯蔵量センサ３３と、制御装置３００と、を備えている。

　水素貯蔵装置３１は、入力された電力を用いた電気分解反応により水素を生成し、当該水素を貯蔵しておくための装置である。また、貯蔵された水素を用いて発電を行い、当該発電による電力を出力することも可能となっている。つまり、水素貯蔵装置３１は、電力を水素に変換して貯蔵しておき、当該水素を電力に変換して出力可能な蓄電装置、ということができる。

　以下では説明の便宜上、水素貯蔵装置３１に水素を蓄えることを示して「蓄電」又は「充電」の語を用いることがある。また、水素貯蔵装置３１に蓄えられた水素で発電することを示して「放電」の語を用いることがある。

　水素貯蔵装置３１に蓄電可能な電力量（貯蔵可能な水素量に対応する電力量といえる）は、蓄電池装置２１に蓄電可能な電力量よりも大きい。一方で、水素貯蔵装置３１から入出力される電力について、その対応可能な変化速度は、蓄電池装置２１において対応可能な変化速度よりも小さい。

　電力変換器３２は、水素貯蔵装置３１からの直流電力を昇圧し、且つ交流電力に変換して電力供給ラインＳＬ１に供給するための電力変換器である。つまり、電力変換器３２は、電力供給ラインＳＬ１と水素貯蔵装置３１との間で電力を調整して両者を繋ぐものということができる。水素貯蔵装置３１から電力供給ラインＳＬ１側に出力される電力の大きさ、及び、電力供給ラインＳＬ１側から水素貯蔵装置３１へと引き込まれる（蓄えられる）電力の大きさは、電力変換器３２によって調整される。

　貯蔵量センサ３３は、水素貯蔵装置３１における水素の貯蔵量を測定するためのセンサである。貯蔵量センサ３３によって測定された貯蔵量は、制御装置３００に入力される。

　制御装置３００は、水素貯蔵装置３１及び電力変換器３２の動作を制御するための装置である。制御装置３００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えたコンピュータシステムとして構成されている。制御装置３００の具体的な構成や、行われる制御については、後に説明する。

　図２を参照しながら、制御装置２００及び制御装置３００の構成について説明する。図２に示されるように、制御装置２００は、機能的な制御ブロックとして、計画部２１０と、制御部２２０とを有している。

　計画部２１０は、所定時刻から２４時間が経過するまでの期間（以下、当該期間を「第１予測期間」と称する）における、蓄電池ユニット２０の充放電の計画を示すデータ（以下、「第１計画データ」と称する）を作成する部分である。第１計画データは、蓄電池装置２１において充電又は放電される電力についての、３０分ごとの目標値が順に並べられた数列である。このため、第１計画データに含まれる数値の個数は４８個である。

　計画部２１０による第１計画データの作成は、第１予測期間において家屋ＨＭで消費されると予測される電力の変化を示すデータ（以下、「第１需要予測データ」と称する）と、第１予測期間において太陽光発電ユニット１０で発電されると予測される電力の変化を示すデータ（以下、「第１発電予測データ」と称する）と、蓄電量センサ２３で測定される蓄電量と、に基づいて行われる。

　第１需要予測データは、第１予測期間において家屋ＨＭで消費されると予測される電力についての、３０分ごとの予測値が順に並べられた数列である。このため、第１需要予測データに含まれる数値の個数は４８個である。本実施形態においては、第１需要予測データは、外部に設置されたサーバー１００によって予め算出され、第１計画データの作成に先立って通信により計画部２１０に伝達される。サーバー１００は、過去において家屋ＨＭで消費された電力の経緯、曜日による電力消費量の違いなどを考慮しながら、第１需要予測データを作成する。

　尚、第１需要予測データの作成は、本実施形態のように外部のサーバー１００によって行われてもよいが、制御装置２００によって行われてもよい。また、第１需要予測データを作成するための具体的な方法（アルゴリズム）としては、種々の方法を採用し得る。第１需要予測データを作成する主体や方法については何ら限定されるものではない。

　第１発電予測データは、第１予測期間において太陽光発電ユニット１０で発電されると予測される電力についての、３０分ごとの予測値が順に並べられた数列である。このため、第１発電予測データに含まれる数値の個数は４８個である。本実施形態においては、第１発電予測データは、外部に設置されたサーバー１００によって予め算出され、第１計画データの作成に先立って通信により計画部２１０に伝達される。サーバー１００は、気象予報データや、第１予測期間における日光の入射角度等を考慮しながら、第１発電予測データを作成する。

　尚、第１発電予測データの作成は、本実施形態のように外部のサーバー１００によって行われてもよいが、制御装置２００によって行われてもよい。また、第１発電予測データを作成するための具体的な方法（アルゴリズム）としては、種々の方法を採用し得る。第１発電予測データを作成する主体や方法については何ら限定されではない。

　制御部２２０は、蓄電池装置２１において充電又は放電される電力が、第１計画データに沿ったものとなるように、電力変換器２２の動作を制御する部分である。例えば、第１予測期間のうち最初の３０分間は、蓄電池装置２１において充電又は放電される電力の値が、第１計画データに含まれる最初の数値（制御目標値）と一致するように、電力変換器２２の動作が制御部２２０により制御される。以降は、３０分が経過する毎に、蓄電池装置２１において充電又は放電される電力の制御目標値が変更される。

　図２に示されるように、制御装置３００は、機能的な制御ブロックとして、計画部３１０と、制御部３２０とを有している。

　計画部３１０は、所定時刻から７日間が経過するまでの期間（以下、当該期間を「第２予測期間」と称する）における、水素貯蔵ユニット３０の充放電の計画を示すデータ（以下、「第２計画データ」と称する）を作成する部分である。第２計画データは、水素貯蔵装置３１において充電又は放電される電力についての、３０分ごとの目標値が順に並べられた数列である。このため、第２計画データに含まれる数値の個数は４８×７個である。

　後に説明するように、第１予測期間の始期は３０分ごとに変更されていくのであるが、第２予測期間（７日間）は第１予測期間（２４時間）を常に包含するものとなっている。つまり、第１予測期間の始期は第２予測期間の始期以降となっている。また、第１発電予測データが最初に作成される際における第１予測期間の始期は、第２予測期間の始期と一致している。

　計画部３１０による第２計画データの作成は、第２予測期間において家屋ＨＭで消費されると予測される電力の変化を示すデータ（以下、「第２需要予測データ」と称する）と、第２予測期間において太陽光発電ユニット１０で発電されると予測される電力の変化を示すデータ（以下、「第２発電予測データ」と称する）と、貯蔵量センサ３３で測定される水素の貯蔵量と、に基づいて行われる。

　第２需要予測データは、第２予測期間において家屋ＨＭで消費されると予測される電力についての、３０分ごとの予測値が順に並べられた数列である。このため、第２需要予測データに含まれる数値の個数は４８×７個である。本実施形態においては、第２需要予測データは、外部に設置されたサーバー１００によって予め算出され、第２計画データの作成に先立って通信により計画部３１０に伝達される。サーバー１００は、過去において家屋ＨＭで消費された電力の経緯、曜日による電力消費量の違いなどを考慮しながら、第２需要予測データを作成する。

　尚、第２需要予測データの作成は、本実施形態のように外部のサーバー１００によって行われてもよいが、制御装置３００によって行われてもよい。また、第２需要予測データを作成するための具体的な方法（アルゴリズム）としては、種々の方法を採用し得る。第２需要予測データを作成する主体や方法については何ら限定されるものではない。

　第２発電予測データは、第２予測期間において太陽光発電ユニット１０で発電されると予測される電力についての、３０分ごとの予測値が順に並べられた数列である。このため、第２発電予測データに含まれる数値の個数は４８×７個である。本実施形態においては、第２発電予測データは、外部に設置されたサーバー１００によって予め算出され、第２計画データの作成に先立って通信により計画部３１０に伝達される。サーバー１００は、気象予報データや、第２予測期間における日光の入射角度等を考慮しながら、第２発電予測データを作成する。

　尚、第２発電予測データの作成は、本実施形態のように外部のサーバー１００によって行われてもよいが、制御装置３００によって行われてもよい。また、第２発電予測データを作成するための具体的な方法（アルゴリズム）としては、種々の方法を採用し得る。第２発電予測データを作成する主体や方法については何ら限定されるものではない。

　制御部３２０は、水素貯蔵装置３１において充電又は放電される電力が、第２計画データに沿ったものとなるように、水素貯蔵装置３１及び電力変換器３２の動作を制御する部分である。例えば、第２予測期間のうち最初の３０分間は、水素貯蔵装置３１において充電又は放電される電力の値が、第２計画データに含まれる最初の数値（制御目標値）と一致するように、水素貯蔵装置３１及び電力変換器３２の動作が制御部３２０により制御される。以降は、３０分が経過する毎に、水素貯蔵装置３１において充電又は放電される電力の制御目標値が変更される。

　図３乃至図５を参照しながら、制御装置２００及び制御装置３００によって行われる制御について説明する。当該制御は、制御装置２００による蓄電池ユニット２０の制御と、制御装置３００による水素貯蔵ユニット３０の制御に分けることができる。先ず、後者から説明することとする。

　図３のうち点線ＤＬ２で囲まれているのは、制御装置３００によって行われる制御の内容を示す制御ブロック図である。同図においては、制御装置３００によって行われる制御が２つのブロック（ブロックＢ２１、Ｂ２２）で示されている。

　ブロックＢ２２では、第２発電予測データ及び第２需要予測データの入力を受けて、両者の差分である需給バランスデータが作成される。需給バランスデータは、第２予測期間において太陽光発電ユニット１０で発電されると予測される電力から、家屋ＨＭで消費されると予測される電力を差し引いた値についての、３０分ごとの予測値が順に並べられた数列となる。このため、需給バランスデータに含まれる数値の個数は４８×７個である。作成された需給バランスデータは、ブロックＢ２１に入力される。

　ここで、第２予測期間の始期である時刻を、時刻ｔ０と表記することとする。時刻ｔ０は、第２発電予測データ及び第２需要予測データが作成されブロックＢ２２に入力された時刻よりも後の時刻である。時刻ｔ０から７日間が経過するまでの期間が、最初の第２予測期間（図４の符号ＴＭ２１）となる。

　ブロックＢ２１には、上記のように需給バランスデータが入力される他、貯蔵量センサ３３で測定された水素の貯蔵量が入力される。当該貯蔵量は、需給バランスデータがブロックＢ２１に入力された時点において、貯蔵量センサ３３で測定され計画部３１０に入力された値である。

　ブロックＢ２１では、需給バランスデータと、水素貯蔵装置３１における貯蔵量とに基づいて、第２計画データが作成される。既に述べたように、第２計画データの作成は制御装置３００の計画部３１０において行われる。

　第２計画データは、需給バランスデータに示される電力の余剰分、すなわち、太陽光発電ユニット１０で発電される電力のうち家屋ＨＭで消費されないと予測される電力が、可能な限り水素貯蔵装置３１に蓄えられるように作成される。換言すれば、太陽光発電ユニット１０で発電された電力が余剰となった時間帯において、水素貯蔵装置３１の貯蔵量が上限に達してしまうことを極力防止する、という条件の下で第２計画データが作成される。

　尚、上記のような条件で第２計画データが作成されるのは、逆潮流の発生を可能な限り防止する（太陽光発電ユニット１０による発電を可能な限り抑制しない）という運用が求められる場合である。他の運用（例えば、逆潮流を積極的に実施するという運用）が求められる場合には、当該運用に適した条件で第２計画データが作成されることなる。条件に合致するような第２計画データの作成は、例えば混合整数計画問題による定式化等、種々の手法を用いて行うことができる。

　第２計画データが作成され、現在の時刻が時刻ｔ０になると（第２予測期間が始まると）、制御部３２０による制御が開始される。制御部３２０は、水素貯蔵装置３１において充電又は放電される電力が、第２計画データに沿ったものとなるように、水素貯蔵装置３１及び電力変換器３２の動作を制御する。

　第２計画データは、充電又は放電される電力についての３０分毎の制御目標値である。従って、水素貯蔵装置３１において実際に充電又は放電される電力は、３０分毎に階段状に変化することとなる。第２予測期間においても、貯蔵量センサ３３で測定される水素の貯蔵量の値が制御装置３００に入力されているのであるが、当該値は制御に何ら影響を与えない。

　第２計画データに基づく水素貯蔵装置３１及び電力変換器３２の制御は、時刻ｔ０から、２４時間後の時刻ｔ１１０（図４参照）まで継続される。その間、サーバー１００では、次の第２予測期間（上記の時刻ｔ１１０から７日間経過するまでの期間：図４の符号ＴＭ２２）についての第２需要予測データ及び第２発電予測データが作成される。これらは、現在の時刻が時刻ｔ１１０となるよりも前において作成され、サーバー１００から計画部３１０に伝達される。

　計画部３１０は、次の第２予測期間（ＴＭ２２）についての第２需要予測データ及び第２発電予測データが入力されると、これら及び貯蔵量センサ３３で測定された水素の貯蔵量とに基づいて、新たな第２計画データを作成する。新たな第２計画データは、時刻ｔ１１０よりも前に予め作成される。

　現在の時刻が時刻ｔ１１０になると（次の第２予測期間（ＴＭ２２）が始まると）、制御部３２０は、水素貯蔵装置３１において充電又は放電される電力が、新たな第２計画データに沿ったものとなるように、水素貯蔵装置３１及び電力変換器３２の動作を制御する。

　以上のように、最初の第２予測期間（ＴＭ２１）が終了する時刻ｔ２００よりも前に、次の第２予測期間（ＴＭ２２）が開始される。つまり、ホライズンが７日間のモデル予測制御が、２４時間の周期で更新されて行くこととなる。

　次の第２予測期間（ＴＭ２２）では、時刻ｔ０よりも後の状況に基づいて新たな第２計画データが予め作成されており、当該第２計画データに基づいて水素貯蔵装置３１及び電力変換器３２の動作が制御される。このため、最初の第２予測期間（ＴＭ２１）が終了する時刻ｔ２００まで、単一の第２計画データに基づく制御が継続されるような場合に比べると、家屋ＨＭにおける実際の電力使用状況等に応じてより適した制御が実行されることとなる。また、水素貯蔵装置３１における貯蔵量の測定値が、２４時間の周期で制御に反映されることとなるので、貯蔵量の変化が予測から大きく外れることが無く、それにより逆潮流が発生してしまうことも防止される。

　以降は、上記と同様の制御が実行される。つまり、第２予測期間（ＴＭ２２）が開始されてから２４時間が経過した時刻ｔ１２０において、次の第２予測期間（ＴＭ２３）が開始される。第２予測期間（ＴＭ２３）のための第２計画データは、時刻ｔ１２０よりも前に作成される。

　続いて、制御装置２００による蓄電池ユニット２０の制御について説明する。図３のうち点線ＤＬ１で囲まれているのは、制御装置２００によって行われる制御の内容を示す制御ブロック図である。同図においては、制御装置２００によって行われる制御が１つのブロックＢ１１で示されている。

　ブロックＢ１１には、第１発電予測データ及び第１需要予測データがサーバー１００から入力される。また、ブロックＢ１１には、蓄電量センサ２３で測定された電力量（蓄電量）が入力される。当該電力量は、第１発電予測データ等がブロックＢ１１に入力された時点において、蓄電量センサ２３で測定され計画部２１０に入力された値である。

　ブロックＢ１１には、上記の他、第２計画データの一部がブロックＢ２１から入力される。「第２計画データの一部」とは、７日間分の制御目標値の集合体である第２計画データのうち、第１予測期間に対応するデータ（最初の２４時間分のデータ）のみを抜き出したものである。

　ブロックＢ１１では、第１需要予測データの各値から、それぞれに対応する上記第２計画データの各値が差し引かれる。つまり、第１需要予測データの各値から、それぞれと同時刻に水素貯蔵装置３１から出力される予定の電力（充電される予定の場合には負値となる）が差し引かれ、これにより得られた値が改めて第１需要予測データとして設定される。

　ブロックＢ１１では、第１発電予測データ及び（第２計画データに基づき更新された）第１需要予測データと、蓄電池装置２１における蓄電量とに基づいて、第１計画データが作成される。既に述べたように、第１計画データの作成は制御装置２００の計画部２１０において行われる。最初の第１予測期間（図５の符号ＴＭ１１）の始期は、第２予測期間（ＴＭ２１）の始期と同一の時刻ｔ０となっている。第１計画データは、時刻ｔ０よりも前に予め作成される。

　第１計画データは、電力系統ＣＰの使用に基づき電力会社に支払われる電気料金を、可能な限り低く抑えるように作成される。例えば、一日のうちで最も電力料金が高く、且つ太陽光発電ユニット１０で発電される電力が小さい時間帯において、蓄電池装置２１の蓄電量が不足するようなことを防止する、という条件の下で第１計画データが作成される。条件に合致するような第１計画データの作成は、例えば混合整数計画問題による定式化等、種々の手法を用いて行うことができる。

　第１計画データは、上記のように電気料金を可能な限り低く抑える、という運用に適した条件で作成されてもよいのであるが、他の運用に適した条件で作成されてもよい。

　第１計画データが作成され、現在の時刻が時刻ｔ０になると（第１予測期間が始まると）、制御部２２０による制御が開始される。制御部２２０は、蓄電池装置２１において充電又は放電される電力が、第１計画データに沿ったものとなるように、電力変換器２２の動作を制御する。

　第１計画データは、充電又は放電される電力についての３０分毎の制御目標値である。従って、蓄電池装置２１において実際に充電又は放電される電力は、３０分毎に階段状に変化することとなる。第１予測期間においても、蓄電量センサ２３で測定される蓄電量の値が制御装置２００に入力されているのであるが、当該値は制御に何ら影響を与えない。

　第１計画データに基づく電力変換器２２の制御は、時刻ｔ０から、３０分後の時刻ｔ１１（図５参照）まで継続される。その間、サーバー１００では、次の第１予測期間（上記の時刻ｔ１１から２４時間経過するまでの期間：図５の符号ＴＭ１２）についての第１需要予測データ及び第１発電予測データが作成される。これらは、現在の時刻が時刻ｔ１１となるよりも前において作成され、サーバー１００から計画部２１０に伝達される。

　計画部２１０は、次の第１予測期間（ＴＭ１２）についての第１需要予測データ及び第１発電予測データが入力されると、新たな第１計画データを作成する。新たな第１計画データは、時刻ｔ１１よりも前に予め作成される。

　新たな第１計画データが作成されるにあたっては、最初の第１計画データが作成される場合と同様に、第２計画データの一部がブロックＢ２１からブロックＢ１１へと入力される。この場合の「第２計画データの一部」とは、７日間分の制御目標値の集合体である第２計画データのうち、次の第１予測期間（ＴＭ１２）に対応するデータ（時刻ｔ１１以降における２４時間分のデータ）のみを抜き出したものである。

　それに続いて、第１予測期間（ＴＭ１２）についての第１需要予測データの各値から、それぞれに対応する上記第２計画データの各値が差し引かれる。これにより得られた値が、改めて第１需要予測データとして設定される。第２発電予測データ及び（第２計画データに基づき更新された）第２需要予測データと、蓄電池装置２１における蓄電量とに基づいて、新たな第１計画データが作成される。

　現在の時刻が時刻ｔ１１になると（次の第１予測期間（ＴＭ１２）が始まると）、制御部２２０は、蓄電池装置２１において充電又は放電される電力が、新たな第１計画データに沿ったものとなるように、電力変換器２２の動作を制御する。

　以上のように、最初の第１予測期間（ＴＭ１１）が終了する時刻ｔ２０よりも前に、次の第１予測期間（ＴＭ１２）が開始される。つまり、ホライズンが２４時間のモデル予測制御が、３０分間の周期で更新されて行くこととなる。

　次の第１予測期間（ＴＭ１２）では、時刻ｔ０よりも後の状況に基づいて新たな第１計画データが予め作成されており、当該第１計画データに基づいて電力変換器２２の動作が制御される。このため、最初の第１予測期間（ＴＭ１１）が終了する時刻ｔ２０まで、単一の第１計画データに基づく制御が継続されるような場合に比べると、家屋ＨＭにおける実際の電力使用状況等に応じてより適した制御が実行されることとなる。また、蓄電池装置２１における蓄電量の測定値が、３０分間の短い周期で制御に反映されることとなるので、蓄電量の変化が予測から大きく外れることが無く、それにより逆潮流が発生してしまうことも防止される。

　以降は、上記と同様の制御が実行される。つまり、第１予測期間（ＴＭ１２）が開始されてから３０分間が経過した時刻ｔ１２において、次の第１予測期間（ＴＭ１３）が開始される。第１予測期間（ＴＭ１３）のための第１計画データは、時刻ｔ１２よりも前に作成される。

　以上のように、本実施形態に係る電力供給システムＰＳでは、比較的容量の小さい蓄電池装置２１と、比較的容量の大きい水素貯蔵装置３１とを備えた構成になっている。蓄電池装置２１における充放電は、２４時間という短期間における電力需要の変化、及び太陽光発電ユニット１０の発電量の変化を考慮して作成された第１計画データに基づいて制御される。

　一方、水素貯蔵装置３１における充放電は、７日間という長期間における電力需要の変化、及び太陽光発電ユニット１０の発電量の変化を考慮して作成された第２計画データに基づいて制御される。これにより、比較的長期間における需給バランスの変動に対応する制御も合わせて行われる。

　制御装置２００（計画部２１０）による第１計画データの作成は、予め制御装置３００（計画部３１０）により生成された第２計画データに基づいて行われる。これにより、蓄電池装置２１における充放電の制御と水素貯蔵装置３１における充放電の制御とは、互いに連携して行われることとなる。短期間（２４時間）における需給バランスの変動と、長期間（７日間）における需給バランスの変動との両方を考慮した充放電スケジュールに沿って充放電が行われるので、逆潮流が抑制され、電力の地産地消を実現することが可能となっている。

　例えば、３日後からは日照量が低下し、太陽光発電ユニット１０で発電される電力が少なくなることが予想されるような場合には、予め水素貯蔵装置３１の蓄電量を増やしておくような制御が行われることとなる。これにより、日照量が低下しても、電力供給システムＰＳから家屋ＨＭへの電力の供給が継続される。

　また、３日後からは晴天が続き、太陽光発電ユニット１０で発電される電力が多くなることが予測されるような場合には、予め水素貯蔵装置３１蓄電量を減らしておくような制御が行われることとなる。これにより、晴天が続き発電量が増加した場合でも、余剰の電力は水素貯蔵装置３１に蓄電されるので、逆潮流の発生を防止することができる。

　制御装置２００において、第１計画データは、第１予測期間の長さ（２４時間）よりも短い周期（３０分間）毎に繰り返し計画部２１０により生成され、都度更新される。の状況に応じたきめ細かな制御が行われることとなるので、発電量等の予測が大きく外れてしまうことが防止され、逆潮流の発生を抑制することができる。

　制御装置３００において、第２計画データは、第２予測期間の長さ（７日間）よりも短い周期（２４時間）毎に繰り返し計画部３１０により生成され、都度更新される。長期間における発電電力等の変化を考慮しながらも、２４時間毎にその時の状況に応じて第２計画データが更新されるので、発電量等の予測が大きく外れてしまうことが防止される。

　第２計画データが更新される周期（２４時間）は、第１計画データが更新される周期（３０分間）よりも長い。テータ数が多い第２計画データを算出するにあたり、より長い時間を使うことができるため、制御装置３００に高性能のＣＰＵを搭載する必要はない。

　電力供給システムＰＳから電力を供給される対象は、家屋ＨＭに限定されず、工場や商業施設であってもよい。また、太陽光発電ユニット１０に換えて、自然エネルギーを用いて発電することのできる他の装置（例えば風力発電ユニット）が用いられてもよい。

　以上、具体例を参照しつつ実施形態を例示した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態とすることができる。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも実施形態とすることができる。

Claims

　建物（ＨＭ）に電力を供給するための電力供給システム（ＰＳ）であって、
　自然エネルギーを用いて発電した電力を前記建物に供給する発電装置（１１）と、
　前記発電装置で発電された電力、及び、電力系統（ＣＰ）から供給された電力を蓄えるとともに、蓄えられた電力を前記建物に供給可能な第１蓄電装置（２１）と、
　前記第１蓄電装置よりも容量の大きな蓄電装置であって、前記発電装置で発電された電力、及び、電力系統から供給された電力を蓄えるとともに、蓄えられた電力を前記建物に供給可能な第２蓄電装置（３１）と、
　前記第１蓄電装置の充放電を制御する第１制御装置（２００）と、
　前記第２蓄電装置の充放電を制御する第２制御装置（３００）と、を備え、
　前記第１制御装置は、
　第１予測期間において前記建物で消費されると予測される電力の推移を示す第１需要予測データと、前記第１予測期間おいて前記発電装置で発電されると予測される電力の推移を示す第１発電予測データと、前記第１蓄電装置の蓄電量の実測値とに基づいて、前記第１予測期間において前記第１蓄電装置から充放電すべき電力の推移を示す第１計画データを生成する第１計画部（２１０）と、
　生成された前記第１計画データに沿うように前記第１蓄電装置の充放電を制御する第１制御部（２２０）と、を有するものであり、
　前記第２制御装置は、
　前記第１予測期間を包含する第２予測期間において前記建物で消費されると予測される電力の推移を示す第２需要予測データと、前記第２予測期間おいて前記発電装置で発電されると予測される電力の推移を示す第２発電予測データと、前記第２蓄電装置の蓄電量の実測値とに基づいて、前記第２予測期間において前記第２蓄電装置から充放電すべき電力の推移を示す第２計画データを生成する第２計画部（３１０）と、
　生成された前記第２計画データに沿うように前記第２蓄電装置の充放電を制御する第２制御部（３２０）と、を有するものであり、
　前記第１計画部による前記第１計画データの生成は、予め前記第２計画部により生成された前記第２計画データに基づいて行われる、
　電力供給システム。
　前記第１計画部による前記第１計画データの生成は、
　前記第１予測期間において前記第２蓄電装置から前記建物に供給される予定の電力を、予め前記第１需要予測データから差し引いた後に行われる、
　請求項１に記載の電力供給システム。
　前記第１計画データは、前記第１予測期間の長さよりも短い第１周期毎に繰り返し前記第１計画部により生成され、都度更新される、
請求項１又は２に記載の電力供給システム。
　前記第２計画データは、前記第２予測期間の長さよりも短い第２周期毎に繰り返し前記第２計画部により生成され、都度更新される、
　請求項３に記載の電力供給システム。
　前記第２周期は前記第１周期よりも長い、
　請求項４に記載の電力供給システム。