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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-20
(45)【発行日】2024-06-28
(54)【発明の名称】電力システムの運転方法、および電力システムの制御装置
(51)【国際特許分類】
H02J 3/00 20060101AFI20240621BHJP
H02J 3/32 20060101ALI20240621BHJP
H02J 3/38 20060101ALI20240621BHJP
H02J 3/46 20060101ALI20240621BHJP
H02J 7/35 20060101ALI20240621BHJP
H01M 8/043 20160101ALI20240621BHJP
H01M 8/00 20160101ALI20240621BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20240621BHJP
H01M 8/04858 20160101ALI20240621BHJP
H01M 8/04 20160101ALI20240621BHJP
【ＦＩ】
H02J3/00 170
H02J3/00 130
H02J3/32
H02J3/38 130
H02J3/38 170
H02J3/46
H02J7/35 K
H01M8/043
H01M8/00 A
H01M8/00 Z
H01M8/04537
H01M8/04858
H01M8/04 Z
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2024505176
(86)(22)【出願日】2023-09-20
(86)【国際出願番号】 JP2023034120
【審査請求日】2024-01-26
(31)【優先権主張番号】P 2022176014
(32)【優先日】2022-11-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109210
【弁理士】
【氏名又は名称】新居 広守
(74)【代理人】
【識別番号】100137235
【弁理士】
【氏名又は名称】寺谷 英作
(74)【代理人】
【識別番号】100131417
【弁理士】
【氏名又は名称】道坂 伸一
(72)【発明者】
【氏名】岡田 崇志
(72)【発明者】
【氏名】清水 敦志
(72)【発明者】
【氏名】福岡 将
(72)【発明者】
【氏名】井口 裕亮
【審査官】木村 励
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／０３８９９４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１３／１４１０３９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１５／００４８４９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ３／００
Ｈ０２Ｊ ３／３２
Ｈ０２Ｊ ３／３８
Ｈ０２Ｊ ３／４６
Ｈ０２Ｊ ７／３５
Ｈ０１Ｍ ８／０４３
Ｈ０１Ｍ ８／００
Ｈ０１Ｍ ８／０４５３７
Ｈ０１Ｍ ８／０４８５８
Ｈ０１Ｍ ８／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムの出力の実績値との差分を補うように前記第１の期間より後の第２の期間における燃料電池システムの出力を計画するステップと、前記第２の期間において計画された出力で前記燃料電池システムが発電しているとき、
前記太陽光発電システムの出力と前記燃料電池システムの出力の和が電力需要量よりも大きい場合、蓄電池システムに充電させるステップと、
前記第２の期間において計画された出力で前記燃料電池システムが発電しているとき、
前記太陽光発電システムの出力と前記燃料電池システムの出力の和が電力需要量よりも小さい場合、電力需要量を満たすように前記蓄電池システムに放電させるステップとを備え、
前記第１の期間は、前記第２の期間の直前の期間であり、
前記第２の期間は、前記第１の期間よりも長く、かつ前記計画された燃料電池システムの出力は前記第２の期間において一定である、
電力システムの運転方法。
【請求項2】
前記第１の期間における電力需要量の実績値と前記太陽光発電システムの出力の実績値との差分の中央値となるよう前記第２の期間における前記燃料電池システムの出力を計画する、請求項１記載の電力システムの運転方法。【請求項3】
前記第１の期間における電力需要量の実績値と前記太陽光発電システムの出力の実績値との差分の平均値となるよう前記第２の期間における前記燃料電池システムの出力を計画する、請求項１記載の電力システムの運転方法。【請求項4】
第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムの出力の実績値を記憶する記憶器と、前記第１の期間における電力需要量の実績値と前記太陽光発電システムの出力の実績値との差分を補うように前記第１の期間より後の第２の期間における燃料電池システムの出力を計画し、
前記第２の期間において計画された出力で前記燃料電池システムが発電しているとき、
前記太陽光発電システムの出力と前記燃料電池システムの出力の和が電力需要量よりも大きい場合、蓄電池システムに充電させ、
前記第２の期間において計画された出力で前記燃料電池システムが発電しているとき、
前記太陽光発電システムの出力と前記燃料電池システムの出力の和が電力需要量よりも小さい場合、電力需要量を満たすように前記蓄電池システムに放電させる制御器とを備え、
前記第１の期間は、前記第２の期間の直前の期間であり、
前記第２の期間は、前記第１の期間よりも長く、かつ前記計画された燃料電池システムの出力は前記第２の期間において一定である、
電力システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電力を供給する電力システムの運転方法などに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電力を供給する電力供給システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電力供給システムは、自然エネルギー発電装置である太陽光発電装置から供給される電力を調整するパワーコンディショナ装置と、蓄電池と、水素製造装置と、燃料電池とを備える。そして、電力供給システムは、施設に対して、太陽光発電装置、蓄電池および燃料電池によって得られる電力を施設に供給し、さらに、余剰電力を蓄電池または水素製造装置に供給する。また、電力供給システムは、太陽光発電装置の発電量を予測し、その予測された発電量である予測値などに基づいて、蓄電池によって充放電される電力の量と、水素製造装置に供給される電力の量と、燃料電池から供給される電力の量とを決定する。これにより、施設の需要を満たす電力を継続して供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１７／０１３７５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記特許文献１の太陽光発電装置、蓄電池及び燃料電池を備える電力供給システム、すなわち電力システムの運転方法では、太陽発電装置の発電量の予測値を用いずに、電力供給システムが、施設の電力需要を満たす方法について検討されていない。
【0005】
そこで、本開示は、太陽光発電装置、蓄電池及び燃料電池を備える電力システムにおいて、太陽発電装置の発電量の予測値を用いずに、電力システムが、電力需要家の電力需要を満たす電力システムの運転方法などを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様に係る電力システムの運転方法は、第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムの出力の実績値との差分を補うように前記第１の期間より後の第２の期間における燃料電池システムの出力を計画するステップと、前記第２の期間において計画された出力で前記燃料電池システムが発電しているとき、前記太陽光発電システムの出力と前記燃料電池システムの出力の和が電力需要量よりも大きい場合、蓄電池システムに充電させるステップと、前記第２の期間において計画された出力で前記燃料電池システムが発電しているとき、前記太陽光発電システムの出力と前記燃料電池システムの出力の和が電力需要量よりも小さい場合、電力需要量を満たすように前記蓄電池システムに放電させるステップとを備え、前記第１の期間は、前記第２の期間の直前の期間であり、前記第２の期間は、前記第１の期間よりも長く、かつ前記計画された燃料電池システムの出力は前記第２の期間において一定である。
【0007】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。また、記録媒体は、非一時的な記録媒体であってもよい。
【発明の効果】
【0008】
本開示の電力システムの運転方法は、太陽光発電装置、蓄電池及び燃料電池を備える電力システムにおいて、太陽発電装置の発電量の予測値を用いずに、電力システムが、電力需要家の電力需要を満たすことができる。
【0009】
本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施の形態並びに明細書および図面に記載された構成によってそれぞれ提供されるが、その利点および効果を得るために必ずしも全ての構成が提供される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
本開示の一態様に係る電力システムの運転方法は、第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムの出力の実績値との差分を補うように前記第１の期間より後の第２の期間における燃料電池システムの出力を計画するステップと、前記第２の期間において計画された出力で前記燃料電池システムが発電しているとき、前記太陽光発電システムの出力と前記燃料電池システムの出力の和が電力需要量よりも大きい場合、蓄電池システムに充電させるステップと、前記第２の期間において計画された出力で前記燃料電池システムが発電しているとき、前記太陽光発電システムの出力と前記燃料電池システムの出力の和が電力需要量よりも小さい場合、電力需要量を満たすように前記蓄電池システムに放電させるステップとを備え、前記第１の期間は、前記第２の期間の直前の期間であり、前記第２の期間は、前記第１の期間よりも長く、かつ前記計画された燃料電池システムの出力は前記第２の期間において一定である。なお、電力システムは、例えば、太陽光発電システム、燃料電池システムおよび蓄電池システムを含む。太陽光発電システムは、太陽光発電装置を含み、燃料電池システムは、燃料電池を含み、蓄電池システムは、蓄電池を含む。また、電力需要量は、例えば、電力需要家が備える負荷の消費電力であって、太陽光発電システムおよび燃料電池システムのそれぞれの出力は、例えば、発電電力である。
【0012】
これにより、第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムの出力の実績値との差分を補うように蓄電池システムの出力が計画される場合に比べ、電力システムの電力で電力需要量をより満たすことが可能になる。これは、蓄電池システムの方が燃料電池システムよりも負荷追従性に優れる一方で、燃料電池システムの方が、電力の貯蔵容量が蓄電池システムより大きいことが背景にある。この背景に鑑み、本態様では、第２の期間における電力需要量と太陽光発電量との差分に対して燃料電池システムが計画通りにベース電源として電力を補い、かつ補えきれない一時的な差分に対して負荷追従性に優れた蓄電池システムの電力でこれを補う。これにより、燃料電池システム及び蓄電池システムの上記長所と短所を互いに補う形となり、負荷の電力需要を電力システムの電力でより満たすことが可能になる。つまり、本態様により、負荷の電力需要を満たすための電力系統からの買電が低減される。
【0013】
また、第２の期間よりも長い第１の期間における実績値を用いて、第２の期間における燃料電池システムの出力を計画する場合に比べ、第２の期間における負荷の電力需要量と太陽光発電システムの出力との差分に対する燃料電池システムの出力のずれが抑制される。これは、第２の期間よりも長い第１の期間における実績値を用いて、第２の期間における燃料電池システムの出力を計画する場合に比べ、第２の期間により近い期間の実績値のみを考慮して燃料電池システムの出力の計画が行われることになるからである。さらに、その第１の期間よりも長い第２の期間において燃料電池システムの出力が一定に維持されるため、燃料電池システムの劣化を抑制することができる。
【0014】
また、前記第１の期間における電力需要量の実績値と前記太陽光発電システムの出力の実績値との差分の中央値となるよう前記第２の期間における前記燃料電池システムの出力を計画してもよい。
【0015】
例えば、第１の期間内の複数の時点のそれぞれにおける差分が算出されて、第２の期間における燃料電池システムの出力が、それらの差分の中央値に設定される。これにより、第１の期間の実績値が第２の期間でも継続されるような状況では、第２の期間における電力需要量と太陽光発電システムの出力との差分を、その燃料電池システムの出力で適切に補うことができる。その結果、蓄電池システムの充放電を抑えることができる。
【0016】
また、前記第１の期間における電力需要量の実績値と前記太陽光発電システムの出力の実績値との差分の平均値となるよう前記第２の期間における前記燃料電池システムの出力を計画してもよい。
【0017】
例えば、第１の期間内の複数の時点のそれぞれにおける差分が算出されて、第２の期間における燃料電池システムの出力が、それらの差分の平均値に設定される。これにより、第１の期間の実績値が第２の期間でも継続されるような状況では、第２の期間における電力需要量と太陽光発電システムの出力との差分を、その燃料電池システムの出力で適切に補うことができる。その結果、蓄電池システムの充放電を抑えることができる。
【0018】
また、本開示の一態様に係る電力システムの制御装置は、第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムの出力の実績値を記憶する記憶器と、前記第１の期間における電力需要量の実績値と前記太陽光発電システムの出力の実績値との差分を補うように前記第１の期間より後の第２の期間における燃料電池システムの出力を計画し、前記第２の期間において計画された出力で前記燃料電池システムが発電しているとき、前記太陽光発電システムの出力と前記燃料電池システムの出力の和が電力需要量よりも大きい場合、蓄電池システムに充電させ、前記第２の期間において計画された出力で前記燃料電池システムが発電しているとき、前記太陽光発電システムの出力と前記燃料電池システムの出力の和が電力需要量よりも小さい場合、電力需要量を満たすように前記蓄電池システムに放電させる制御器とを備え、前記第１の期間は、前記第２の期間の直前の期間であり、前記第２の期間は、前記第１の期間よりも長く、かつ前記計画された燃料電池システムの出力は前記第２の期間において一定である。
【0019】
これにより、上述の電力システムの運転方法と同様の作用効果を奏することができる。
【0020】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【0021】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【0022】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
【0023】
【0024】
本実施の形態における電力システム２００は、電力系統１００および負荷３０１に電力線を介して接続されている。そして、電力システム２００は、負荷３０１に対して電力を供給する。また、電力系統１００は、系統電力を供給する機能を有し、電力線を介して負荷３０１に接続されている。なお、系統電力は、商用電力とも呼ばれ、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電力である。したがって、負荷３０１の消費電力に対して、電力システム２００から供給される電力が不足する場合には、電力系統１００は、負荷３０１に対して不足分の電力を供給する。一方、負荷３０１の消費電力に対して、電力システム２００から供給される電力が余る場合には、その余った電力は、電力系統１００に引き取られる、つまり、その余った電力は逆潮流電力として売電される。なお、本実施の形態における負荷３０１は、電力を消費する１つ以上の機器、装置、デバイスなどからなる。また、負荷３０１の消費電力は、電力需要量とも呼ばれる。また、負荷３０１は、工場、施設等の電力需要家が備える。
【0025】
電力システム２００は、太陽光発電システムａ、燃料電池システムｂ、および蓄電池システムｃを備える。太陽光発電システムａは、第１制御器２１０、太陽光発電装置２１１、第１ＰＣＳ（Power Conditioning System）２１２、および第１電力計２１３を備える。
【0026】
太陽光発電装置２１１は、例えば１つ以上の太陽光発電ユニットを有し、光電変換によって太陽光を電力に変換して出力する。太陽光発電ユニットは、例えば、太陽光発電パネルである。なお、太陽光発電装置２１１は、以下、単に、太陽電池とも呼ばれる。第１ＰＣＳ２１２は、太陽光発電装置２１１から出力される電力を系統電力と同質の電力に変換して出力する。第１電力計２１３は、太陽光発電装置２１１から第１ＰＣＳ２１２を介して出力される電力、すなわち系統電力を計測し、その計測された電力を示す信号を制御装置１０に出力する。第１制御器２１０は、太陽光発電装置２１１および第１ＰＣＳ２１２を制御する。例えば、第１制御器２１０は、制御装置１０からの指令に応じて、太陽光発電装置２１１および第１ＰＣＳ２１２を制御する。
【0027】
燃料電池システムｂは、第２制御器２２０、燃料電池発電装置２２１、第２ＰＣＳ２２２、および第２電力計２２３を備える。
【0028】
燃料電池発電装置２２１は、例えば１つ以上の燃料電池ユニットを有し、水素と酸素とを化学反応させて発電する。発電に利用される水素源は、例えば、水素貯蔵器または水素インフラである。燃料電池ユニットは、例えば、燃料電池スタック装置である。なお、燃料電池発電装置２２１は、以下、単に、燃料電池とも呼ばれる。第２ＰＣＳ２２２は、燃料電池発電装置２２１の発電によって出力される電力を系統電力と同質の電力に変換して出力する。第２電力計２２３は、燃料電池発電装置２２１から第２ＰＣＳ２２２を介して出力される電力、すなわち系統電力を計測し、その計測された電力を示す信号を制御装置１０に出力する。第２制御器２２０は、燃料電池発電装置２２１および第２ＰＣＳ２２２を制御する。例えば、第２制御器２２０は、制御装置１０からの指令に応じて、燃料電池発電装置２２１および第２ＰＣＳ２２２から出力される電力を調整する。
【0029】
蓄電池システムｃは、第３制御器２３０、蓄電池装置２３１、第３ＰＣＳ２３２、および第３電力計２３３を備える。
【0030】
蓄電池装置２３１は、例えば１つ以上の蓄電池ユニットを有し、充電または放電を行う。蓄電池ユニットは、例えば、蓄電池パックである。なお、蓄電池装置２３１は、以下、単に、蓄電池とも呼ばれる。第３ＰＣＳ２３２は、蓄電池装置２３１の放電によって出力される電力を系統電力と同質の電力に変換して出力する。あるいは、第３ＰＣＳ２３２は、系統電力を変換して蓄電池装置２３１に充電する。第３電力計２３３は、蓄電池装置２３１から第３ＰＣＳ２３２を介して出力される電力、すなわち系統電力を計測し、その計測された電力を示す信号を制御装置１０に出力する。また、第３電力計２３３は、太陽光発電装置２１１または燃料電池発電装置２２１から出力され、蓄電池装置２３１に充電される電力を計測し、その計測された電力を示す信号を制御装置１０に出力する。第３制御器２３０は、蓄電池装置２３１および第３ＰＣＳ２３２を制御する。例えば、第３制御器２３０は、制御装置１０からの指令に応じて、蓄電池装置２３１から放電される電力、または蓄電池装置２３１に充電される電力を調整する。
【0031】
本実施の形態における制御装置１０は、電力システム２００の制御装置であって、第４電力計３０３と、電力システム２００と、データベース２０とのそれぞれに通信線を介して接続されている。つまり、制御装置１０は、第４電力計３０３、電力システム２００、およびデータベース２０のそれぞれと、通信線を介して通信する。なお、本実施の形態において、通信線を介して通知、送信、指令、取得または受信される電力は、電力そのものではく、電力の大きさ、例えばワット数などを示すデータである。また、第４電力計３０３は、負荷３０１の消費電力を計測する。
【0032】
このような制御装置１０は、第１電力計２１３、第２電力計２２３、第３電力計２３３、および第４電力計３０３のそれぞれから、その電力計によって計測される電力を示す信号を、サンプリング周期ごとに受信する。そして、制御装置１０は、それらの信号によって示されている電力を、データベース２０に書き込む。なお、サンプリング周期の具体的な一例は、３０秒または１分などであるが、これらの時間に限定されるものではない。
【0033】
データベース２０は、電力の値などを記録するための記録媒体である。なお、その記録媒体は、ハードディスクドライブ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、または半導体メモリなどである。また、その記録媒体は、揮発性であっても不揮発性であってもよい。なお、本実施の形態では、データベース２０は、制御装置１０に備えられていないが、制御装置１０に備えられていてもよい。
【0034】
図２は、制御装置１０によって計画される燃料電池発電装置２２１の出力を説明するための図である。具体的には、図２のグラフは、各時刻における電力を模式的に示す。グラフの横軸は、時刻を示し、縦軸は電力（ｋＷ）を示す。
【0035】
本実施の形態における制御装置１０は、図２のグラフに示すように、例えば時刻「１２：００」の計画時点において、制御期間Ｔ２における燃料電池発電装置２２１の出力、すなわち燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣを計画する。なお、制御期間Ｔ２は、第２の期間とも呼ばれる。具体的な一例では、制御期間Ｔ２は、計画時点の時刻「１２：００」から時刻「１３：００」までの１時間である。
【0036】
より具体的には、制御装置１０は、計画時点より後のサンプリング期間Ｔ１における負荷３０１の消費電力Ｄと太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶとを、データベース２０から読み出す。つまり、制御装置１０は、サンプリング期間Ｔ１において上述のサンプリング周期ごとに得られた負荷３０１の過去の消費電力Ｄと太陽光発電装置２１１の過去の発電電力ＰＶとを読み出す。そして、制御装置１０は、サンプリング期間Ｔ１における負荷３０１の消費電力Ｄと太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶとの差分を補うように、制御期間Ｔ２における燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣを計画する。なお、サンプリング期間Ｔ１は、第１の期間とも呼ばれる。具体的な一例では、サンプリング周期が１分であるときには、制御期間Ｔ２に対応するサンプリング期間Ｔ１は、時刻「１１：４４」から時刻「１１：５９」までの１５分間である。この場合、サンプリング期間Ｔ１において１５個の差分が得られる。なお、サンプリング周期が３０秒であるときには、制御期間Ｔ２に対応するサンプリング期間Ｔ１は、時刻「１１：４４：３０」から時刻「１１：５９：３０」までの１５分間であってもよい。この場合、サンプリング期間Ｔ１では、３０個の差分が得られる。
【0037】
そして、制御装置１０は、その計画された燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣが制御期間Ｔ２において出力されるように、第２制御器２２０を介して燃料電池発電装置２２１および第２ＰＣＳ２２２を制御する。
【0038】
さらに、制御装置１０は、燃料電池発電装置２２１が制御期間Ｔ２において計画された発電電力ＦＣを発電しているときには、第３制御器２３０を介して蓄電池装置２３１および第３ＰＣＳ２３２を制御する。具体的には、制御装置１０は、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶと燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣの和が、負荷３０１の消費電力Ｄよりも大きい場合、蓄電池装置２３１に充電させる。一方、制御装置１０は、その和が消費電力Ｄよりも小さい場合、消費電力Ｄを満たすように蓄電池装置２３１に放電させる。
【0039】
なお、負荷３０１の消費電力Ｄは、第４電力計３０３によって計測される電力である。また、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶは、太陽光発電装置２１１から第１ＰＣＳ２１２を介して出力される電力であって、第１電力計２１３によって計測される。このような太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶは、太陽光発電システムａまたは太陽光発電装置２１１の出力であるとも言える。同様に、燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣは、燃料電池発電装置２２１から第２ＰＣＳ２２２を介して出力される電力であって、第２電力計２２３によって計測される電力である。このような燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣは、燃料電池システムｂまたは燃料電池発電装置２２１の出力であるとも言える。
【0040】
このように、本実施の形態では、サンプリング期間Ｔ１である第１の期間は、制御期間Ｔ２である第２の期間の直前の期間である。また、第２の期間は、第１の期間よりも長く、かつ計画する燃料電池システムｂの出力は第２の期間において一定である。なお、燃料電池システムｂの出力は、燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣに相当する。ここで、第２の期間の直前の期間とは、本実施の形態では、下記の開始時点から終了時点までの期間である。つまり、その終了時点は、データベース２０に記録されている複数の電力のそれぞれの計測時点のうち、上述の計画時点から見て最近の計測時点である。そして、開始時点は、その終了時点からサンプリング期間Ｔ１の時間、例えば１５分だけ遡った時点である。しかし、その第２の期間の直前の期間である第１の期間は、一例であって、本実施の形態に限定されない。例えば、第１の期間の開始時点は、第２の期間の開始時点である計画時点から第２の期間だけ遡った時点以降であってもよい。第１の期間は、換言すれば、第２の期間の開始時点よりも前で、かつ第２の期間の開始時点よりも第２の期間前以降の期間であれば、任意でよい。また、第１の期間は、第２の期間よりも短ければ、１５分に限らず、３０分などであってもよい。換言すれば、第１の期間は、第２の期間の１／２以下の期間であってもよい。
【0041】
また、本実施の形態における制御装置１０による電力システム２００の運転方法では、上述のように、負荷３０１の過去の消費電力Ｄである実績値と、太陽光発電装置２１１の過去の発電電力ＰＶである実績値との差分に基づいて、制御期間Ｔ２における燃料電池発電装置２２１の出力が計画される。そして、その計画どおりに燃料電池発電装置２２１が出力する。したがって、本実施の形態における運転方法では、燃料電池発電装置２２１の出力の方が蓄電池装置２３１の出力よりも優先される。そのため、本実施の形態における運転方法は、燃料電池優先適用モードまたは水素優先適用モードとも呼ばれる。このような運転方法が適用されるのは、燃料電池発電装置２２１の水素源が、例えば、水素貯蔵器または水素インフラであるとき、蓄電池装置２３１に比べ大きな出力容量が確保可能であるからである。
【0042】
図３は、制御装置１０の機能構成の一例を示すブロック図である。なお、図３では、説明を簡単にするために、第１ＰＣＳ２１２、第２ＰＣＳ２２２、および第３ＰＣＳ２３２は、省略されている。また、図３では、各構成要素間の通信関係を分かり易くするために、通信線が実線で示され、電力線は破線で示されている。
【0043】
本実施の形態における制御装置１０は、データ取得部１１と、燃料電池出力算出部１２と、蓄電池出力算出部１３とを備える。
【0044】
データ取得部１１は、第４電力計３０３、第１電力計２１３、第２電力計２２３、および第３電力計２３３から４つの電力を示す信号を、上述のサンプリング周期ごとに取得する。そして、データ取得部１１は、その４つの電力のそれぞれの数値を実績値としてデータベース２０に書き込む。４つの電力は、負荷３０１の消費電力Ｄと、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶと、燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣと、蓄電池装置２３１の放電電力Ｂｄまたは充電電力Ｂｃである。その放電電力Ｂｄおよび充電電力Ｂｃは、充放電電力ＳＢと総称される。
【0045】
なお、本実施の形態における蓄電池装置２３１の放電電力Ｂｄは、蓄電池装置２３１から第３ＰＣＳ２３２を介して放電される電力であって、第３電力計２３３によって計測される電力である。同様に、本実施の形態における蓄電池装置２３１の充電電力Ｂｃは、太陽光発電装置２１１または燃料電池発電装置２２１などから第３ＰＣＳ２３２を介して蓄電池装置２３１に充電される電力であって、第３電力計２３３によって計測される電力である。
【0046】
燃料電池出力算出部１２は、計画時点の直近にあるサンプリング期間Ｔ１における負荷３０１の消費電力Ｄと、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶとをデータベース２０から読み出す。そして、燃料電池出力算出部１２は、その消費電力Ｄおよび発電電力ＰＶを用いて、制御期間Ｔ２における燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣを算出する。これにより、発電電力ＦＣが計画される。つまり、本実施の形態における燃料電池出力算出部１２は、サンプリング期間Ｔ１である第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムａの出力の実績値との差分を補うようにその第１の期間より後の制御期間Ｔ２である第２の期間における燃料電池システムｂの出力、すなわち発電電力ＦＣを計画する。なお、太陽光発電システムａの出力は、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶに相当する。燃料電池出力算出部１２は、その発電電力ＦＣの発電を第２制御器２２０に通信線を介して指令する。第２制御器２２０は、その燃料電池出力算出部１２からの指令にしたがって、燃料電池発電装置２２１および第２ＰＣＳ２２２を制御する。
【0047】
蓄電池出力算出部１３は、上述の制御期間Ｔ２において計画された発電電力ＦＣを燃料電池発電装置２２１が発電しているときには、蓄電池指令周期ごとに、最新の３つの電力をデータベース２０から読み出す。３つの電力は、負荷３０１の消費電力Ｄ、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶ、および燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣである。なお、蓄電池指令周期の具体的な一例は、１分である。そして、蓄電池出力算出部１３は、その読み出された３つの電力に基づいて、蓄電池装置２３１が放電または充電すべき電力を算出する。蓄電池出力算出部１３は、その算出された電力を第３制御器２３０に通信線を介して指令する。つまり、蓄電池出力算出部１３は、その算出された電力を示す放電電力指令値Ｂｄ’または充電電力指令値Ｂｃ’を、第３制御器２３０に出力する。第３制御器２３０は、その蓄電池出力算出部１３からの指令にしたがって、蓄電池装置２３１および第３ＰＣＳ２３２を制御する。
【0048】
図４は、制御装置１０によって制御される燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣおよび蓄電池装置２３１の充放電電力ＳＢの一例を示す図である。図４の（ａ）は、負荷３０１の消費電力Ｄと、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶとの時間変化を模式的に示すグラフである。図４の（ｂ）は、燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣの時間変化を模式的に示すグラフである。図４の（ｃ）は、蓄電池装置２３１の充放電電力ＳＢの時間変化を模式的に示すグラフである。なお、これらのグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は電力を示す。
【0049】
例えば、負荷３０１の消費電力Ｄと、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶとは、図４の（ａ）に示すように、時刻「００：００」から時刻「２４：００」までの間で変化する。ここで、制御装置１０の燃料電池出力算出部１２は、計画時点である時刻ｔａ１に、時刻ｔａ１以降の制御期間Ｔ２における燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣを計画する。このとき、燃料電池出力算出部１２は、図４の（ｄ）に示すように、サンプリング期間Ｔ１における負荷３０１の消費電力Ｄが、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶと、燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣとの和に等しくなるように、その発電電力ＦＣを算出する。この算出された発電電力ＦＣが、時刻ｔａ１以降の制御期間Ｔ２における燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣとして計画される。これにより、制御期間Ｔ２における逆潮流電力および買電、すなわち余剰電力および不足電力を抑制することができる。
【0050】
燃料電池出力算出部１２は、このような発電電力ＦＣの算出を、制御期間Ｔ２を一周期として用いて繰り返し実行し、発電電力ＦＣが算出されるごとに、その発電電力ＦＣの発電を第２制御器２２０に指令する。その結果、図４の（ｂ）に示すように、第２制御器２２０は、発電電力ＦＣが発電されるように燃料電池発電装置２２１を制御する。ここで、燃料電池発電装置２２１には、定格出力と最低出力とがある。例えば、定格出力は５００ｋＷであり、最低出力は１５０ｋＷである。したがって、第２制御器２２０は、燃料電池出力算出部１２から指令された発電電力ＦＣが定格出力を超える場合には、その定格出力の発電を燃料電池発電装置２２１に実行させてもよい。そして、第２制御器２２０は、燃料電池出力算出部１２から指令された発電電力ＦＣが最低出力を下回る場合には、その最低出力の発電を燃料電池発電装置２２１に実行させてもよい。
【0051】
そして、蓄電池出力算出部１３は、上述の蓄電池指令周期ごとに、蓄電池装置２３１の充放電電力ＳＢを算出する。このとき、蓄電池出力算出部１３は、図４の（ｅ）に示すように、太陽光発電装置２１１の最新の発電電力ＰＶと、燃料電池発電装置２２１の最新の発電電力ＦＣと、蓄電池装置２３１の充放電電力ＳＢとの和が、最新の負荷３０１の消費電力Ｄに等しくなるように、その充放電電力ＳＢを算出する。さらに、蓄電池出力算出部１３は、その充放電電力ＳＢの放電または充電を第３制御器２３０に指令する。つまり、蓄電池出力算出部１３は、放電電力指令値Ｂｄ’または充電電力指令値Ｂｃ’を第３制御器２３０に出力する。その結果、図４の（ｃ）に示すように、第３制御器２３０は、充放電電力ＳＢの放電または充電が行われるように蓄電池装置２３１を制御する。これにより、制御期間Ｔ２における瞬時の逆潮流電力および買電、すなわち瞬時の余剰電力および不足電力を抑制することができる。
【0052】
つまり、本実施の形態における蓄電池出力算出部１３は、制御期間Ｔ２である第２の期間において計画された出力で燃料電池システムｂが発電しているとき、太陽光発電システムａの出力と燃料電池システムｂの出力の和が電力需要量よりも大きい場合、蓄電池システムｃに充電させる。一方、蓄電池出力算出部１３は、制御期間Ｔ２である第２の期間において計画された出力で燃料電池システムｂが発電しているとき、太陽光発電システムａの出力と燃料電池システムｂの出力の和が電力需要量よりも小さい場合、電力需要量を満たすように蓄電池システムｃに放電させる。なお、蓄電池システムｃの充電および放電は、蓄電池装置２３１の充電および放電に相当する。
【0053】
なお、図４における時刻ｔａ２から時刻ｔａ３までの期間では、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶが大きいにもかかわらず、燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣを最低出力よりも下げることができない。そのため、発電電力ＰＶの余剰分が大きな充電電力Ｂｃとして蓄電池装置２３１に充電される。一方、時刻ｔａ４から時刻ｔａ５までの期間では、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶが小さいにもかかわらず、燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣを定格出力よりも上げることができない。そのため、発電電力ＰＶまたは発電電力ＦＣの不足分が大きな放電電力Ｂｄとして蓄電池装置２３１から放電される。
【0054】
このような本実施の形態における制御装置１０は、記憶器と制御器とを備える装置であると言える。記憶器は、燃料電池出力算出部１２によって読み出された、サンプリング期間Ｔ１における負荷３０１の消費電力Ｄと、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶとを記憶する記録媒体である。なお、その記録媒体は、ハードディスクドライブ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、または半導体メモリなどである。また、その記録媒体は、揮発性であっても不揮発性であってもよい。つまり、記憶器は、第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムａの出力の実績値を記憶する。また、制御器は、燃料電池出力算出部１２と蓄電池出力算出部１３とのそれぞれの機能を有する。つまり、制御器は、燃料電池出力算出部１２として機能することによって、上述の差分を補うように第２の期間における燃料電池システムｂの出力を計画する。さらに、制御器は、上述の蓄電池出力算出部１３として機能することによって、蓄電池システムｃに充電および放電させる。
【0055】
なお、本実施の形態における制御装置１０は、上述のようにデータベース２０を備えていてもよい。この場合、記憶器は、データベース２０として用いられてもよい。
【0056】
また、制御装置１０に備えられるデータ取得部１１および制御器などの各構成要素は、専用のハードウェアまたは回路として構成されていてもよい。また、各構成要素は、ソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。つまり、各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。また、制御装置１０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【0057】
図５は、データ取得部１１の処理動作の一例を示すフローチャートである。
【0058】
データ取得部１１は、サンプリング周期ごとに、ステップＳ１～Ｓ４およびＳ６の処理を実行する。つまり、データ取得部１１は、第４電力計３０３から負荷３０１の消費電力Ｄを示す信号を取得する（ステップＳ１）。さらに、データ取得部１１は、第１電力計２１３から太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶを示す信号を取得する（ステップＳ２）。さらに、データ取得部１１は、第２電力計２２３から燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣを示す信号を取得する（ステップＳ３）。さらに、データ取得部１１は、第３電力計２３３から蓄電池装置２３１の放電電力Ｂｄまたは充電電力Ｂｃを示す信号を取得する（ステップＳ４）。
【0059】
次に、データ取得部１１は、ステップＳ１で取得された信号によって示される負荷３０１の消費電力Ｄと、ステップＳ２～Ｓ４において取得された信号によって示される３電池の電力とをデータベース２０に書き込む（ステップＳ６）。なお、３電池の電力は、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶと、燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣと、蓄電池装置２３１の放電電力Ｂｄまたは充電電力Ｂｃとである。
【0060】
図６は、燃料電池出力算出部１２の処理動作の一例を示すフローチャートである。
【0061】
燃料電池出力算出部１２は、計画時点の直近のサンプリング期間Ｔ１内における複数の計測時点のそれぞれの、負荷３０１の消費電力Ｄと、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶとを、データベース２０から読み出す（ステップＳ１１）。
【0062】
次に、燃料電池出力算出部１２は、その複数の計測時点のそれぞれについて、その計測時点における負荷３０１の消費電力Ｄと太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶとの差分を算出する。つまり、燃料電池出力算出部１２は、複数の計測時点のそれぞれで、その計測時点における消費電力Ｄから、その計測時点における発電電力ＰＶを減算することによって、その計測時点における差分を算出する。そして、燃料電池出力算出部１２は、複数の計測時点のそれぞれの差分の中央値を差分値１として算出する（ステップＳ１２）。なお、本実施の形態では、複数の計測時点のそれぞれの差分の中央値は、差分値１の一例であって、差分値１は、それらの差分の平均値であってもよい。
【0063】
つまり、本実施の形態における燃料電池出力算出部１２は、第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムａの出力の実績値との差分の中央値となるよう第２の期間における燃料電池システムｂの出力を計画する。または、燃料電池出力算出部１２は、第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムａの出力の実績値との差分の平均値となるよう第２の期間における燃料電池システムｂの出力を計画する。
【0064】
そして、燃料電池出力算出部１２は、差分値１が正の値であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ここで、燃料電池出力算出部１２は、差分値１が正の値であると判定すると（ステップＳ１３のＹＥＳ）、燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣを差分値１に設定する（ステップＳ１４）。一方、燃料電池出力算出部１２は、差分値１が正の値でないと判定すると（ステップＳ１３のＮＯ）、燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣを０に設定する（ステップＳ１５）。つまり、差分値１が正の値でないときには、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶは、負荷３０１の消費電力Ｄ以上であって、負荷３０１への供給電力は不足していないため、燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣは０に設定される。言い換えれば、燃料電池発電装置２２１が出力しないように発電電力ＦＣが設定される。
【0065】
燃料電池出力算出部１２は、ステップＳ１４またはＳ１５で設定された発電電力ＦＣの発電を第２制御器２２０に指令する（ステップＳ１６）。このような指令を受けた第２制御器２２０は、燃料電池発電装置２２１および第２ＰＣＳ２２２を制御する。その結果、燃料電池発電装置２２１から第２ＰＣＳ２２２を介して、ステップＳ１４またはＳ１５で設定された発電電力ＦＣが出力される。
【0066】
そして、燃料電池出力算出部１２は、ステップＳ１６の指令が行われてから制御期間Ｔ２が経過したか否かを判定する（ステップＳ１７）。ここで、燃料電池出力算出部１２は、制御期間Ｔ２が経過していないと判定すると（ステップＳ１７のＮＯ）、ステップＳ１７の処理を繰り返し実行する。一方、燃料電池出力算出部１２は、制御期間Ｔ２が経過したと判定すると（ステップＳ１７のＹＥＳ）、ステップＳ１１の処理を繰り返し実行する。これにより、ステップＳ１１～Ｓ１７の処理が制御期間Ｔ２ごとに繰り返し実行される。
【0067】
図７は、蓄電池出力算出部１３の処理動作の一例を示すフローチャートである。
【0068】
蓄電池出力算出部１３は、上述の蓄電池指令周期ごとに、ステップＳ２１～Ｓ２７の処理を実行する。具体的には、蓄電池出力算出部１３は、最新の３つの電力をデータベース２０から読み込む（ステップＳ２１）。３つの電力は、負荷３０１の消費電力Ｄと、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶと、燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣとである。そして、蓄電池出力算出部１３は、その読み込まれた負荷３０１の消費電力Ｄと、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶおよび燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣとの差分を差分値２として算出する（ステップＳ２２）。つまり、蓄電池出力算出部１３は、「差分値２＝Ｄ－ＰＶ－ＦＣ」によって、言い換えれば、発電電力ＰＶおよび発電電力ＦＣを消費電力Ｄから減算することによって、差分値２を算出する。
【0069】
次に、蓄電池出力算出部１３は、差分値２が正の値であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。ここで、蓄電池出力算出部１３は、差分値２が正の値であると判定すると（ステップＳ２３のＹＥＳ）、蓄電池装置２３１の放電電力指令値Ｂｄ’を差分値２に設定する（ステップＳ２４）。そして、蓄電池出力算出部１３は、その放電電力指令値Ｂｄ’の放電を第３制御器２３０に指令する（ステップＳ２５）。
【0070】
一方、蓄電池出力算出部１３は、差分値２が正の値でないと判定すると（ステップＳ２３のＮＯ）、蓄電池装置２３１の充電電力指令値Ｂｃ’を差分値２の絶対値に設定する（ステップＳ２６）。そして、蓄電池出力算出部１３は、その充電電力指令値Ｂｃ’の充電を第３制御器２３０に指令する（ステップＳ２７）。
【0071】
図８は、第３制御器２３０の処理動作の一例を示すフローチャートである。具体的には、図８のフローチャートは、図７のフローチャートのステップＳ２５またはＳ２７の指令が行われた後に、第３制御器２３０によって行われる処理動作の一例を示す。
【0072】
第３制御器２３０は、蓄電池出力算出部１３からの指令を受けると、その指令、すなわち指令値が放電電力指令値Ｂｄ’か充電電力指令値Ｂｃ’かを判定する（ステップＳ３１）。ここで、第３制御器２３０は、指令値が放電電力指令値Ｂｄ’であると判定すると（ステップＳ３１のＢｄ’）、蓄電池装置２３１のＳＯＣ（State Of Charge）がＳＯＣ下限値よりも上であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。なお、蓄電池装置２３１のＳＯＣは、蓄電池ＳＯＣとも呼ばれる。また、ＳＯＣ下限値は、予め定められた値であって、例えば第３制御器２３０に記憶されている。また、蓄電池ＳＯＣがＳＯＣ下限値よりも上とは、蓄電池ＳＯＣがＳＯＣ下限値よりも大きいことを意味する。つまり、ステップＳ３２では、蓄電池ＳＯＣがＳＯＣ下限値よりも大きいか否かが判定される。
【0073】
そして、第３制御器２３０は、蓄電池ＳＯＣがＳＯＣ下限値よりも上であると判定すると（ステップＳ３２のＹＥＳ）、さらに、放電電力指令値Ｂｄ’が蓄電池装置２３１の定格出力を超えているか否かを判定する（ステップＳ３３）。ここで、第３制御器２３０は、放電電力指令値Ｂｄ’が定格出力を超えていないと判定すると（ステップＳ３３のＮＯ）、蓄電池装置２３１の放電電力Ｂｄが差分値２となるように、その蓄電池装置２３１および第３ＰＣＳ２３２を制御する（ステップＳ３４）。なお、蓄電池装置２３１の放電電力Ｂｄは、蓄電池装置２３１から第３ＰＣＳ２３２を介して放電される電力である。つまり、蓄電池装置２３１は、第３ＰＣＳ２３２を介して差分値２の放電を行う。
【0074】
一方、第３制御器２３０は、放電電力指令値Ｂｄ’が定格出力を超えていると判定すると（ステップＳ３３のＹＥＳ）、蓄電池装置２３１の放電電力Ｂｄが定格出力となるように、その蓄電池装置２３１および第３ＰＣＳ２３２を制御する（ステップＳ３５）。つまり、蓄電池装置２３１は、第３ＰＣＳ２３２を介して定格出力の放電を行う。また、第３制御器２３０は、蓄電池ＳＯＣがＳＯＣ下限値よりも上でないと判定すると（ステップＳ３２のＮＯ）、蓄電池装置２３１の放電電力Ｂｄが０となるように、その蓄電池装置２３１および第３ＰＣＳ２３２を制御する（ステップＳ３６）。つまり、蓄電池装置２３１は放電しない。
【0075】
また、ステップＳ３１において、指令値が充電電力指令値Ｂｃ’であると判定されると（ステップＳ３１のＢｃ’）、第３制御器２３０は、蓄電池ＳＯＣがＳＯＣ上限値よりも下であるか否かを判定する（ステップＳ３７）。なお、ＳＯＣ上限値は、予め定められた値であって、例えば第３制御器２３０に記憶されている。また、蓄電池ＳＯＣがＳＯＣ上限値よりも下とは、蓄電池ＳＯＣがＳＯＣ上限値よりも小さいことを意味する。つまり、ステップＳ３７では、蓄電池ＳＯＣがＳＯＣ上限値よりも小さいか否かが判定される。
【0076】
そして、第３制御器２３０は、蓄電池ＳＯＣがＳＯＣ上限値よりも下であると判定すると（ステップＳ３７のＹＥＳ）、さらに、充電電力指令値Ｂｃ’が蓄電池装置２３１の定格出力を超えているか否かを判定する（ステップＳ３８）。ここで、第３制御器２３０は、充電電力指令値Ｂｃ’が定格出力を超えていないと判定すると（ステップＳ３８のＮＯ）、蓄電池装置２３１の充電電力Ｂｃが差分値２の絶対値となるように、その蓄電池装置２３１および第３ＰＣＳ２３２を制御する（ステップＳ３９）。なお、蓄電池装置２３１の充電電力Ｂｃは、第３ＰＣＳ２３２を介して蓄電池装置２３１に充電される電力である。つまり、蓄電池装置２３１は、差分値２の絶対値だけ充電を行う。
【0077】
一方、第３制御器２３０は、充電電力指令値Ｂｃ’が定格出力を超えていると判定すると（ステップＳ３８のＹＥＳ）、蓄電池装置２３１の充電電力Ｂｃが定格出力となるように、その蓄電池装置２３１および第３ＰＣＳ２３２を制御する（ステップＳ４０）。つまり、蓄電池装置２３１は、定格出力の充電を行う。また、第３制御器２３０は、蓄電池ＳＯＣがＳＯＣ上限値よりも下でないと判定すると（ステップＳ３７のＮＯ）、蓄電池装置２３１の充電電力Ｂｃが０となるように、その蓄電池装置２３１および第３ＰＣＳ２３２を制御する（ステップＳ４１）。つまり、蓄電池装置２３１は充電しない。
【0078】
なお、蓄電池装置２３１が複数の蓄電池ユニットから構成されている場合には、第３制御器２３０は、その蓄電池ユニットごとに、図８のフローチャートに含まれる各ステップを実行してもよい。この場合、個々の蓄電池ユニットに用いられる放電電力指令値Ｂｄ’および充電電力指令値Ｂｃ’は、蓄電池装置２３１の全体の指令値を、その蓄電池装置２３１に含まれる蓄電池ユニットの個数で除算することによって得られる値であってもよい。
【0079】
また、本実施の形態では、第３制御器２３０が、充電電力指令値Ｂｃ’および放電電力指令値Ｂｄ’に基づいて、蓄電池装置２３１の放電電力Ｂｄおよび充電電力Ｂｃを制御する機能を有する。しかし、制御装置１０の蓄電池出力算出部１３が、その機能も兼ね備えてもよい。つまり、蓄電池出力算出部１３が、図８に示すフローチャートに含まれる各ステップを実行してもよい。この場合、データ取得部１１は、負荷３０１の消費電力Ｄ、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶなどと同じタイミングで、蓄電池ＳＯＣを第３制御器２３０から取得してデータベース２０に格納する。そして、蓄電池出力算出部１３は、図７のステップＳ２１において、さらに最新の蓄電池ＳＯＣをデータベース２０から読み出し、その読み出された蓄電池ＳＯＣを図８のステップＳ３２およびＳ３７で用いる。一方、第３制御器２３０は、蓄電池出力算出部１３によるステップＳ３４～Ｓ３６およびＳ３９～Ｓ４１の処理で決定される放電電力Ｂｄおよび充電電力Ｂｃにしたがって、蓄電池装置２３１および第３ＰＣＳ２３２を制御する。
【0080】
【0081】
比較例の運転モードでは、過去１年間における各時間帯で、負荷３０１の消費電力Ｄと、太陽光発電装置２１１の発電電力ＰＶとの差分の平均値が算出される。そして、その平均値がその時間帯の燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣとして計画される。例えば、過去の１月１日から１２月３１日までの１年間における、０時台、１時台、２時台、・・・のそれぞれの時間帯で、上述の差分の平均値が算出される。つまり、各時間帯では３６５点の差分の平均値が算出される。そして、例えば、０時台の平均値が、現時点以降における０時台の燃料電池発電装置２２１の発電電力ＦＣとして計画される。
【0082】
このような比較例の運転モードでは、年間のオンサイト自給率は、６３．３％であり、年間の系統電力量率は、３６．７％である。オンサイト自給率は、負荷３０１の全消費電力量に対する、電力システム２００から供給されて負荷３０１で消費された電力量の割合である。系統電力量率は、負荷３０１の全消費電力量に対する、電力系統１００から供給されて負荷３０１で消費された電力量の割合である。
【0083】
一方、本実施の形態における制御装置１０の運転モードでは、年間のオンサイト自給率として１００％を得ることができ、かつ、年間の系統電力量率として０％を得ることができる。つまり、第２の期間における負荷３０１の消費電力Ｄである電力需要量に対して供給される電力の余剰および不足の低減を効果的に図ることができる。言い換えれば、いわゆる自家発電自家消費を実現することができる。
【0084】
なお、このオンサイト自給率１００％および系統電力量率０％は、電力システム２００が以下の構成である場合に得られた数値である。つまり、その構成では、太陽光発電装置２１１は、１８００台の太陽光発電パネルを備え、太陽光発電装置２１１全体の最大出力は５００ｋＷである。燃料電池発電装置２２１は、１００台の水素燃料電池を備え、燃料電池発電装置２２１全体の最大出力または定格出力は５００ｋＷである。なお、水素燃料電池は、燃料電池スタック装置とも呼ばれる。また、燃料電池発電装置２２１の制御範囲は、定格出力から０ｋＷまでの範囲である。なお、個々の水素燃料電池の最大出力は５ｋＷである。そして、制御期間Ｔ２は１時間である。蓄電池装置２３１の最大出力または定格出力は３００ｋＷであり、蓄電池装置２３１の容量は１０００ｋＷｈである。
【0085】
以上のように、本実施の形態では、サンプリング期間Ｔ１である第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムａの出力の実績値との差分を補うように第１の期間より後の制御期間Ｔ２である第２の期間における燃料電池システムｂの出力が計画される。さらに、第２の期間において計画された出力で燃料電池システムｂが発電しているとき、太陽光発電システムａの出力と燃料電池システムｂの出力の和が電力需要量よりも大きい場合、蓄電池システムｃによって充電が行われる。一方、第２の期間において計画された出力で燃料電池システムｂが発電しているとき、太陽光発電システムａの出力と燃料電池システムｂの出力の和が電力需要量よりも小さい場合、電力需要量を満たすように蓄電池システムｃによって放電が行われる。
【0086】
これにより、サンプリング期間Ｔ１である第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムａの出力の実績値との差分を補うように蓄電池システムｃの出力が計画される場合に比べ、電力システム２００の電力で電力需要量をより満たすことが可能になる。これは、蓄電池システムｃの方が燃料電池システムｂよりも負荷追従性に優れる一方で、燃料電池システムｂの方が、電力の貯蔵容量が蓄電池システムｃより大きいことが背景にある。この背景に鑑み、本実施の形態では、制御期間Ｔ２である第２の期間における電力需要量と太陽光発電量との差分に対して燃料電池システムｂが計画通りにベース電源として電力を補い、かつ補えきれない一時的な差分に対して負荷追従性に優れた蓄電池システムｃの電力でこれを補う。これにより、燃料電池システムｂ及び蓄電池システムｃの上記長所と短所を互いに補う形となり、負荷の電力需要量を電力システム２００の電力でより満たすことが可能になる。つまり、本実施の形態により、負荷の電力需要を満たすための電力系統１００からの買電が低減される。
【0087】
また、本実施の形態では、図２に示すように、サンプリング期間Ｔ１のような短い期間における実績値を用いて、その後の制御期間Ｔ２のような長い期間における燃料電池発電装置２２１の出力が計画される。
【0088】
これにより、第２の期間よりも長い第１の期間における実績値を用いて、第２の期間における燃料電池システムの出力を計画する場合に比べ、第２の期間における負荷の電力需要量と太陽光発電システムａの出力との差分に対する燃料電池システムの出力のずれが抑制される。これは、第２の期間よりも長い第１の期間における実績値を用いて、第２の期間における燃料電池システムｂの出力を計画する場合に比べ、第２の期間により近い期間の実績値のみを考慮して燃料電池システムｂの出力の計画が行われることになるからである。さらに、その長い期間における燃料電池発電装置２２１の出力が一定に維持されるため、燃料電池発電装置２２１の劣化を抑制することができる。
【0089】
また、本実施の形態では、図６のステップＳ１２のように、差分の中央値が用いられるため、第１の期間の実績値が第２の期間でも継続されるような状況では、第２の期間における電力需要量と太陽光発電装置２１１の出力との差分を、その燃料電池発電装置２２１の出力で適切に補うことができる。その結果、蓄電池装置２３１の充放電を抑えることができる。
【0090】
あるいは、本実施の形態では、図６のステップＳ１２において、差分の中央値の代わりに差分の平均値が用いられても、第２の期間における電力需要量と太陽光発電装置２１１の出力との差分を、その燃料電池発電装置２２１の出力で適切に補うことができる。その結果、蓄電池装置２３１の充放電を抑えることができる。
【0091】
以上、本開示の電力システム２００の運転方法および制御装置１０ついて、上記実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、その実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態に施したものも本開示に含まれてもよい。
【0092】
例えば、上記実施の形態では、制御装置１０は、データベース２０、電力システム２００、および第４電力計３０３と通信線を介して通信するが、その通信は、有線通信に限らず、無線通信であってもよい。無線通信は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、または特定小電力無線で行われてもよい。
【0093】
なお、上記実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記実施の形態の制御装置１０および電力システム２００などを実現するソフトウェアは、図５～図８のそれぞれに示すフローチャートの各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムである。
【0094】
なお、以下のような場合も本開示に含まれる。
【0095】
（１）上記の少なくとも１つの装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。そのＲＡＭまたはハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、上記の少なくとも１つの装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【0096】
（２）上記の少なくとも１つの装置を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩ（Large Scale Integration：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
【0097】
（３）上記の少なくとも１つの装置を構成する構成要素の一部または全部は、その装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしてもよい。ＩＣカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカードまたはモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、ＩＣカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。
【0098】
（４）本開示は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよいし、コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。
【0099】
また、本開示は、コンピュータプログラムまたはデジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ（Compact Disc）－ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）、半導体メモリなどに記録したものとしてもよい。また、これらの記録媒体に記録されているデジタル信号であるとしてもよい。
【0100】
また、本開示は、コンピュータプログラムまたはデジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。
【0101】
また、プログラムまたはデジタル信号を記録媒体に記録して移送することにより、またはプログラムまたはデジタル信号をネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0102】
本開示の電力システムの運転方法は、例えば、太陽光発電システム、燃料電池システムおよび蓄電池システムなどを制御する装置またはシステムなどに適用することができる。
【符号の説明】
【0103】
１０ 制御装置
１１ データ取得部
１２ 燃料電池出力算出部
１３ 蓄電池出力算出部
２０ データベース
１００ 電力系統
２００ 電力システム
２１０ 第１制御器
２１１ 太陽光発電装置
２１２ 第１ＰＣＳ
２１３ 第１電力計
２２０ 第２制御器
２２１ 燃料電池発電装置
２２２ 第２ＰＣＳ
２２３ 第２電力計
２３０ 第３制御器
２３１ 蓄電池装置
２３２ 第３ＰＣＳ
２３３ 第３電力計
３０１ 負荷
３０３ 第４電力計
ａ 太陽光発電システム
ｂ 燃料電池システム
ｃ 蓄電池システム
Ｔ１ サンプリング期間（第１の期間）
Ｔ２ 制御期間（第２の期間）
１１ データ取得部
１２ 燃料電池出力算出部
１３ 蓄電池出力算出部
２０ データベース
１００ 電力系統
２００ 電力システム
２１０ 第１制御器
２１１ 太陽光発電装置
２１２ 第１ＰＣＳ
２１３ 第１電力計
２２０ 第２制御器
２２１ 燃料電池発電装置
２２２ 第２ＰＣＳ
２２３ 第２電力計
２３０ 第３制御器
２３１ 蓄電池装置
２３２ 第３ＰＣＳ
２３３ 第３電力計
３０１ 負荷
３０３ 第４電力計
ａ 太陽光発電システム
ｂ 燃料電池システム
ｃ 蓄電池システム
Ｔ１ サンプリング期間（第１の期間）
Ｔ２ 制御期間（第２の期間）
【要約】
本開示の電力システムの運転方法は、第１の期間における電力需要量の実績値と太陽光発電システムの出力の実績値との差分を補うように前記第１の期間より後の第２の期間における燃料電池システムの出力を計画するステップと、前記第２の期間において計画された出力で前記燃料電池システムが発電しているとき、前記太陽光発電システムの出力と前記燃料電池システムの出力の和が電力需要量よりも大きい場合、蓄電池システムに充電させるステップと、前記第２の期間において計画された出力で前記燃料電池システムが発電しているとき、前記太陽光発電システムの出力と前記燃料電池システムの出力の和が電力需要量よりも小さい場合、電力需要量を満たすように前記蓄電池システムに放電させるステップとを備え、前記第１の期間は、前記第２の期間の直前の期間であり、前記第２の期間は、前記第１の期間よりも長く、かつ前記計画された燃料電池システムの出力は前記第２の期間において一定である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】