(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-02
(45)【発行日】2024-09-10
(54)【発明の名称】電力調整方法、及び電力調整装置
(51)【国際特許分類】
H02J 3/32 20060101AFI20240903BHJP
H02J 3/14 20060101ALI20240903BHJP
H02J 3/00 20060101ALI20240903BHJP
H02J 7/35 20060101ALI20240903BHJP
H02J 13/00 20060101ALI20240903BHJP
H02J 7/34 20060101ALI20240903BHJP
【ＦＩ】
H02J3/32
H02J3/14
H02J3/00 170
H02J7/35 K
H02J13/00 311T
H02J7/34 D
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2022547434
(86)(22)【出願日】2021-07-28
(86)【国際出願番号】 JP2021027922
(87)【国際公開番号】W WO2022054441
(87)【国際公開日】2022-03-17
【審査請求日】2022-12-02
(31)【優先権主張番号】P 2020153216
(32)【優先日】2020-09-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100170818
【弁理士】
【氏名又は名称】小松 秀輝
(72)【発明者】
【氏名】▲濱▼口 謙一
(72)【発明者】
【氏名】稲村 彰信
(72)【発明者】
【氏名】小熊 祐司
【審査官】赤穂 嘉紀
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－３３３５６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１７６９８９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－０２２１０１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ３／００－５／００
Ｈ０２Ｊ ７／３４
Ｈ０２Ｊ ７／３５
Ｈ０２Ｊ １３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部の電力系統と送受電可能なマイクログリッドに含まれる電力消費装置の消費電力及び蓄電装置の充放電電力を制御する電力調整方法であって、前記電力系統と前記マイクログリッドとの間で送受電される系統電力の制御目標値と前記系統電力の実績値との誤差を積分することによって得られる積算誤差を算出するステップと、
前記積算誤差の低周波成分に基づいて、前記電力消費装置に前記消費電力を消費させるための第１指令値を生成するステップと、
前記積算誤差の高周波成分に基づいて、前記蓄電装置に前記充放電電力を充放電させるための第２指令値を生成するステップと、
前記第１指令値を前記電力消費装置に出力するとともに、前記第２指令値を前記蓄電装置に出力するステップと、
を含む電力調整方法。
【請求項2】
前記積算誤差を算出するステップは、前記系統電力の電力目標値と前記系統電力の測定値との誤差を算出するステップと、
前記誤差を積分することによって前記積算誤差を算出するステップと、
を含む、請求項１に記載の電力調整方法。
【請求項3】
前記積算誤差を算出するステップは、前記系統電力の測定値を積分することによって前記実績値を算出するステップと、
前記制御目標値と前記実績値との差分を計算することによって前記積算誤差を算出するステップと、
を含む、請求項１に記載の電力調整方法。
【請求項4】
前記第２指令値を生成するステップでは、前記蓄電装置の残量の目標値と前記残量との誤差と、前記高周波成分と、に基づいて前記第２指令値が生成される、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の電力調整方法。
【請求項5】
前記制御目標値は、時間区間において時間が経過するにつれて一定の割合で増加する、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の電力調整方法。
【請求項6】
前記制御目標値の増加の割合は、１つ前の時間区間から連続的に変化する、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の電力調整方法。
【請求項7】
前記第１指令値が予め定められた範囲外である場合には、前記第１指令値を前記範囲内に収まるように変更し、変更前後の差分を前記第２指令値に加算するステップを更に含む、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の電力調整方法。
【請求項8】
前記積算誤差に基づいて、第３指令値を生成するステップを更に備え、前記第１指令値を生成するステップでは、前記第３指令値の低周波成分に基づいて、前記第１指令値が生成され、
前記第２指令値を生成するステップでは、前記第３指令値の高周波成分に基づいて、前記第２指令値が生成される、請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の電力調整方法。
【請求項9】
外部の電力系統と送受電可能なマイクログリッドに含まれる電力消費装置の消費電力及び蓄電装置の充放電電力を制御する電力調整装置であって、少なくとも１つのプロセッサを備え、
前記少なくとも１つのプロセッサが、
前記電力系統と前記マイクログリッドとの間で送受電される系統電力の制御目標値と前記系統電力の実績値との誤差を積分することによって得られる積算誤差を算出し、
前記積算誤差の低周波成分に基づいて、前記電力消費装置に前記消費電力を消費させるための第１指令値を生成し、
前記積算誤差の高周波成分に基づいて、前記蓄電装置に前記充放電電力を充放電させるための第２指令値を生成し、
前記第１指令値を前記電力消費装置に出力するとともに、前記第２指令値を前記蓄電装置に出力する、
電力調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電力調整方法、及び電力調整装置に関する。
【背景技術】
【0002】
計画値同時同量制度は、電力の需要と供給とのバランスを確保するための仕組みとして導入されている。計画値同時同量制度の下では、発電事業者が供給前に提出する計画と実際の発電との差分（インバランス）及び小売事業者が需要前に提出する計画と実際の需要実績との差分（インバランス）を、一般送電事業者が調整力電源を用いて調整する。一方、一般送電事業者が行う調整に要する費用は、卸電力取引所における市場価格をベースとしたインバランス料金を通じて回収される。計画値同時同量制度のためにインバランスをゼロにする又は削減するための制御は、計画値同時同量制御、あるいは、インバランス回避制御と呼ばれる。
【0003】
特許文献１には、太陽光発電システム、水素製造貯蔵システム、蓄電池システム、及び燃料電池システムの動作を管理するシステムが記載されている。特許文献１に記載のシステムは、余剰電力の実際値が余剰電力の予測値を超えるとき、蓄電池の充電率が設定値を越えない場合には充電池の充電量を増加させる。一方、特許文献１に記載のシステムは、余剰電力の実際値が余剰電力の予測値を超えるとき、蓄電池の充電率が設定値を越える場合には水素の製造及び貯蔵量を増加させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０２０－５４０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載のシステムでは、蓄電池の充電率が設定値を越える場合には水素製造貯蔵システムを動作させるが、一般に、水素製造貯蔵システムのような電力消費装置の応答速度は、蓄電池等の蓄電装置の応答速度よりも遅い。したがって、水素製造貯蔵システムのような電力消費装置は、再生可能エネルギー発電のような急激な電力変動を吸収できない。その結果、インバランスを回避できないおそれがある。
【0006】
本開示は、計画値同時同量制御の性能を向上可能な電力調整方法、及び電力調整装置を説明する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一側面に係る電力調整方法は、外部の電力系統と送受電可能なマイクログリッドに含まれる電力消費装置の消費電力及び蓄電装置の充放電電力を制御する。この電力調整方法は、電力系統とマイクログリッドとの間で送受電される系統電力の積算量の制御目標値と系統電力の積算量の実績値との誤差である積算誤差を算出するステップと、積算誤差の低周波成分に基づいて、電力消費装置に消費電力を消費させるための第１指令値を生成するステップと、積算誤差の高周波成分に基づいて、蓄電装置に充放電電力を充放電させるための第２指令値を生成するステップと、第１指令値を電力消費装置に出力するとともに、第２指令値を蓄電装置に出力するステップと、を含む。
【発明の効果】
【0008】
本開示の電力調整方法、及び電力調整装置は、計画値同時同量制御の性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
［１］実施形態の概要
本開示の一側面に係る電力調整方法は、外部の電力系統と送受電可能なマイクログリッドに含まれる電力消費装置の消費電力及び蓄電装置の充放電電力を制御する。電力調整方法は、電力系統とマイクログリッドとの間で送受電される系統電力の積算量の制御目標値と系統電力の積算量の実績値との誤差である積算誤差を算出するステップと、積算誤差の低周波成分に基づいて、電力消費装置に消費電力を消費させるための第１指令値を生成するステップと、積算誤差の高周波成分に基づいて、蓄電装置に充放電電力を充放電させるための第２指令値を生成するステップと、第１指令値を電力消費装置に出力するとともに、第２指令値を蓄電装置に出力するステップと、を含む。
本開示の一側面に係る電力調整方法は、外部の電力系統と送受電可能なマイクログリッドに含まれる電力消費装置の消費電力及び蓄電装置の充放電電力を制御する。電力調整方法は、電力系統とマイクログリッドとの間で送受電される系統電力の積算量の制御目標値と系統電力の積算量の実績値との誤差である積算誤差を算出するステップと、積算誤差の低周波成分に基づいて、電力消費装置に消費電力を消費させるための第１指令値を生成するステップと、積算誤差の高周波成分に基づいて、蓄電装置に充放電電力を充放電させるための第２指令値を生成するステップと、第１指令値を電力消費装置に出力するとともに、第２指令値を蓄電装置に出力するステップと、を含む。
【0011】
本開示の別の側面に係る電力調整装置は、外部の電力系統と送受電可能なマイクログリッドに含まれる電力消費装置の消費電力及び蓄電装置の充放電電力を制御する。電力調整装置は、少なくとも１つのプロセッサを備え、少なくとも１つのプロセッサが、電力系統とマイクログリッドとの間で送受電される系統電力の積算量の制御目標値と系統電力の積算量の実績値との誤差である積算誤差を算出し、積算誤差の低周波成分に基づいて、電力消費装置に消費電力を消費させるための第１指令値を生成し、積算誤差の高周波成分に基づいて、蓄電装置に充放電電力を充放電させるための第２指令値を生成し、第１指令値を電力消費装置に出力するとともに、第２指令値を蓄電装置に出力する。
【0012】
電力調整方法及び電力調整装置は、積算誤差の低周波成分に基づいて第１指令値を生成する。電力調整方法及び電力調整装置は、積算誤差の高周波成分に基づいて第２指令値を生成する。電力調整方法及び電力調整装置は、第１指令値を電力消費装置に出力する。電力調整方法及び電力調整装置は、第２指令値を蓄電装置に出力する。一般に、水電解装置等の電力消費装置が第１指令値を受けてから消費電力を消費するまでの応答時間は、蓄電装置が第２指令値を受けてから充放電電力を充放電するまでの応答時間よりも長い。積算誤差の低周波成分は、長期的に変動する。つまり、高速な応答が要求されない。一方、積算誤差の高周波成分は、短期的に変動する。つまり、高速な応答が要求される。したがって、電力消費装置は、積算誤差の低周波成分に基づいて第１指令値を生成することによって、短期的な変動に対応する。そして、電力消費装置は、積算誤差の高周波成分に基づいて第２指令値を生成することによって、蓄電装置が短期的な変動に対応する。この構成により、積算誤差の変動に追従させることが可能となる。その結果、計画値同時同量制御の性能を向上させることが可能となる。
【0013】
積算誤差を算出するステップは、系統電力の電力目標値と系統電力の測定値との誤差を算出するステップと、誤差を積分することによって積算誤差を算出するステップと、を含んでもよい。この場合、系統電力の電力目標値と系統電力の測定値との誤差を積分するという簡単な計算で積算誤差を算出することができる。
【0014】
積算誤差を算出するステップは、系統電力の測定値を積分することによって実績値を算出するステップと、制御目標値と実績値との差分を計算することによって積算誤差を算出するステップと、を含んでもよい。この場合、制御目標値と系統電力の測定値の積分値との差分を計算するだけで、積算誤差を算出することができる。
【0015】
第２指令値を生成するステップでは、蓄電装置の残量の目標値と残量との誤差と、高周波成分と、に基づいて第２指令値が生成されてもよい。この場合、蓄電装置の残量の目標値から、蓄電装置の残量が大幅に逸脱しないように、蓄電装置の充放電電力を制御することが可能となる。したがって、蓄電装置が満充電状態又は過放電状態になる可能性を低減することができる。その結果、計画値同時同量制御の性能を更に向上させることが可能となる。
【0016】
制御目標値は、時間区間において時間が経過するにつれて一定の割合で増加してもよい。この場合、制御目標値を簡易に設定することができる。その結果、計算負荷を低減させることが可能となる。
【0017】
制御目標値の増加の割合は、１つ前の時間区間から連続的に変化してもよい。この場合、制御の連続性が保たれるので、制御の安定性を向上させることができる。その結果、計画値同時同量制御の性能を向上させることが可能となる。
【0018】
上記の電力調整方法は、第１指令値が予め定められた範囲外である場合には、第１指令値を範囲内に収まるように変更し、変更前後の差分を第２指令値に加算するステップを更に含んでもよい。例えば、電力消費装置は、放電能力を有しない場合がある。電力消費装置によって消費可能な消費電力の上限が存在する場合もある。第１指令値によって電力消費装置に消費させようとする消費電力が、電力消費装置による消費可能な消費電力の範囲外である場合には、目標とする消費電力が得られない。したがって、第１指令値によって電力消費装置に消費させようとする消費電力が、電力消費装置による消費可能な消費電力の範囲内に収まるように、第１指令値を変更する。その結果、目標とする消費電力を得ることが可能となる。そして、変更前後の差分が第２指令値に加算される。その結果、電力消費装置が対応できない電力分を、蓄電装置に対応させることが可能となる。
【0019】
上記の電力調整方法は、積算誤差に基づいて、第３指令値を生成するステップを更に備えてもよい。第１指令値を生成するステップでは、第３指令値の低周波成分に基づいて、第１指令値が生成されてもよい。第２指令値を生成するステップでは、第３指令値の高周波成分に基づいて、第２指令値が生成されてもよい。この場合、積算誤差を第３指令値に変換した後に、第１指令値及び第２指令値が生成される。したがって、積算誤差の低周波成分を第１指令値に変換した後に、積算誤差の高周波成分を第２指令値に変換する構成と比較して、演算を簡易化することができる。
【0020】
［２］実施形態の例示
以下、図面を参照しながら本開示の電力調整方法、及び電力調整装置を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付す。重複する説明は、省略する。
以下、図面を参照しながら本開示の電力調整方法、及び電力調整装置を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付す。重複する説明は、省略する。
【0021】
図１は、本開示のエネルギーマネジメントシステムを含む電力供給システムの概略構成を示す図である。図１に示す電力供給システム１は、マイクログリッド２と、エネルギーマネジメントシステム３（電力調整装置）と、を含む。
【0022】
マイクログリッド２は、外部の電力系統（商用系統）９０に接続されている。マイクログリッド２は、電力系統９０からの受電と電力系統９０への送電が可能なシステムである。マイクログリッド２と電力系統９０との間で送電及び受電される電力を系統電力と称する。系統電力が正の値である場合、マイクログリッド２が電力系統９０から受電する。系統電力が負の値である場合、マイクログリッド２が電力系統９０に送電する。マイクログリッド２は、発電システム２１と、電力需要家２２と、水素製造システム２３（電力消費装置）と、蓄電システム２４（蓄電装置）と、グリッド制御部２５と、電力測定部２６と、電力測定部２７と、を含む。
【0023】
発電システム２１は、再生可能エネルギーを利用して発電を行う。本開示では、発電システム２１は、太陽光（PhotoVoltaic：ＰＶ）発電システムである。発電システム２１は、太陽光パネル２１ａとパワーコンディショナ（Power Conditioning System：ＰＣＳ）とを含む。電力変換装置であるパワーコンディショナは、太陽光パネル２１ａで発電した電力を変換する。パワーコンディショナは、太陽光パネル２１ａからの直流電力を交流電力に変換する。パワーコンディショナは、交流電力をグリッド制御部２５に出力する。
【0024】
電力需要家２２は、電力を消費する設備群の集合である。電力需要家２２の例としては、マイクログリッド２を制御するエネルギーマネジメントシステム（Energy Management System：ＥＭＳ）３を構成するサーバ及び空調が挙げられる。さらに、電力需要家２２の例としては、水素製造システム２３の補機が挙げられる。水素製造システム２３の補機とは、水素圧縮機、空気圧縮機、及び冷却塔等である。電力需要家２２は、一般家庭をはじめとする低圧需要家を含んでもよい。なお、本開示の、エネルギーマネジメントシステム３は、電力需要家２２の消費電力を制御できない。
【0025】
水素製造システム２３は、水を電気分解（水電解）することによって水素を製造する。一般に、水電解の方法には、固体高分子（ＰＥＭ）型水電解法とアルカリ水電解法とが挙げられる。水素製造システム２３として、いずれが用いられてもよい。水素製造システム２３によって製造された水素は、水素貯蔵システムに貯蔵される。貯蔵された水素は、輸送等によってマイクログリッド２から外部に搬出される。例えば、貯蔵された水素は、水素圧縮機によって水素カードル又は水素トレーラに充填されたのちに、水素の需要地に輸送されてもよい。貯蔵された水素は、ディスペンサーを経由して燃料電池車（Fuel Cell Vehicle：ＦＣＶ）に供給されてもよい（「オンサイト水素ステーション」と称される。）。貯蔵された水素は、パイプラインを通じて、別の水素の需要地に供給されてもよい。
【0026】
蓄電システム２４は、電力を充電及び放電可能なシステムである。蓄電システム２４は、蓄電装置（エネルギー貯蔵装置）と、パワーコンディショナと、を含む。蓄電装置は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、及びレドックスフロー電池といった２次電池であってもよい。蓄電装置は、フライホイール蓄電装置であってもよい。一般に、蓄電装置の応答速度は、水素製造システム２３（水電解装置）及び電気ボイラの応答速度よりも速い。例えば、蓄電装置の応答速度は、２０マイクロ秒以下である。電力変換装置であるパワーコンディショナは、蓄電装置とグリッド制御部２５との間で電力を変換する。パワーコンディショナは、蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換する。パワーコンディショナは、交流電力をグリッド制御部２５に出力する。パワーコンディショナは、グリッド制御部２５からの交流電力を直流電力に変換する。そして、パワーコンディショナは、直流電力を蓄電装置に出力する。蓄電システム２４は、蓄電装置の残量ｖを監視する監視装置を更に含んでもよい。
【0027】
グリッド制御部２５は、電力系統９０を含む各部に対して電力を配分する。グリッド制御部２５は、例えば、分電盤である。
【0028】
電力測定部２６は、電力系統９０から受電した電力を測定する。電力測定部２７は、電力系統９０に送電した電力を測定する。電力測定部２６，２７は、例えば、パワーメータである。
【0029】
エネルギーマネジメントシステム３は、マイクログリッド２に含まれる水素製造システム２３の消費電力を制御する機能（電力調整機能）を有する。さらに、エネルギーマネジメントシステム３は、蓄電システム２４の充放電電力を制御する機能も有する。
【0030】
次に、図２及び図３を参照して、本開示のエネルギーマネジメントシステムを説明する。図２は、図１に示すエネルギーマネジメントシステムの機能構成を示すための図である。図３は、計画値同時同量制御の概念図である。エネルギーマネジメントシステム３は、機能的には、通信部３１と、制御部３２と、を備えている。
【0031】
通信部３１は、外部装置との通信を行う機能部である。通信部３１は、例えば、通信ネットワークを介して電力事業者９５との通信を行う。通信ネットワークは、有線及び無線のいずれで構成されてもよい。通信ネットワークの例としては、インターネット、移動体通信網、及びＷＡＮ（Wide Area Network）が挙げられる。通信部３１は、電力事業者９５から計画値Ａを受信する。計画値Ａは、計画区間における系統電力の積算値（系統電力量）である。計画値Ａは、計画区間ごとに定められる。計画区間は、例えば、３０分の時間区間である。計画区間の時間長は、電力事業者９５又は電力市場との契約形態に依存する。通信部３１は、計画値Ａを制御部３２に出力する。なお、計画値Ａは、エネルギーマネジメントシステム３の内部で決定された後に、事前に電力事業者９５に通知されてもよい。
【0032】
制御部３２は、計画値同時同量制御を行う機能部である。図３を参照して、計画値同時同量制御を説明する。図３の横軸は時間（単位：分）を示す。図３の縦軸は系統電力量（単位：ｋＷｈ）を示す。系統電力量が正の値である場合、系統電力量は受電電力量を表す。系統電力量が負の値である場合、系統電力量は送電電力量を表す。制御部３２は、計画値Ａに基づいて、目標軌道Ｓｔを生成する。目標軌道Ｓｔは、系統電力の積算量（系統電力量）に対する制御目標値の時間変化を示す。目標軌道Ｓｔは、計画区間ごとに生成される。目標軌道Ｓｔは、計画区間の始期（０分）において０ｋＷｈである。目標軌道Ｓｔは、計画区間の終期（３０分）において計画値Ａに達する。図３に示される例では、目標軌道Ｓｔは、一定の傾きを有する直線で表される。傾きは、計画値Ａを計画区間の時間長Ｔで除算することによって得られる。
【0033】
制御部３２は、マイクログリッド２の調整力電源を用いて、計画区間の終期において、系統電力の積算値（実績値）Ｓｒを計画値Ａに漸近させる。本開示のマイクログリッド２の調整力電源は、水素製造システム２３及び蓄電システム２４である。系統電力の積算値Ｓｒは、測定値ｙＮＥＴの積算値である。制御部３２は、積算値Ｓｒが目標軌道Ｓｔに従うように、フィードバック制御を行う。つまり、制御部３２は、系統電力のフィードバック制御によって、水素製造システム２３の消費電力を調整する。さらに、制御部３２は、系統電力のフィードバック制御によって、蓄電システム２４の充放電電力も調整する。計画値同時同量制御の詳細は後述する。
【0034】
制御部３２は、計画期間前に通信部３１から計画値Ａを取得する。制御部３２は、電力測定部２６，２７から測定値ｙＮＥＴを取得する。測定値ｙＮＥＴが正の値である場合、測定値ｙＮＥＴは電力系統９０から受電している電力の測定値である。測定値ｙＮＥＴが負の値である場合、測定値ｙＮＥＴは電力系統９０に送電している電力の測定値である。制御部３２は、蓄電システム２４から蓄電装置の残量ｖを取得する。残量ｖは、例えば、蓄電装置のＳＯＣ（State Of Charge）である。
【0035】
制御部３２は、水素製造システム２３に消費電力指令を送信する。消費電力指令は、指令値ｕＥＣ（第１指令値；図４参照）を含む。指令値ｕＥＣは、例えば、水素製造システム２３に消費させる電力を示す。指令値ｕＥＣは、水素製造システム２３に製造させる水素の量であってもよい。制御部３２は、蓄電システム２４に充放電指令を送信する。充放電指令は、指令値ｕＢＴ（第２指令値；図４参照）を含む。指令値ｕＢＴは、例えば、蓄電システム２４に充放電させる電力を示す。
【0036】
なお、エネルギーマネジメントシステム３は、ユーザインターフェース、データベース、及び監視部等の機能部を更に備え得る。しかし、図２は、計画値同時同量制御に関する機能部のみを示す。
【0037】
次に、図４及び図５を参照して、エネルギーマネジメントシステム３が実施する計画値同時同量制御（電力調整方法）の詳細を説明する。図４は、図２に示す制御部が実施する計画値同時同量制御を説明するためのブロック線図である。図５は、図４に示す蓄電システム用の制御器を詳細に示すブロック線図である。図４及び図５に示すように、制御部３２は、減算器４１と、積分器４２と、ローパスフィルタ４３と、ハイパスフィルタ４４と、制御器４５と、減算器４６と、制御器４７と、を備えている。
【0038】
制御部３２は、計画値Ａから系統電力の目標値ｙｒｅｆ（電力目標値）を算出する。具体的には、制御部３２は、目標軌道Ｓｔを微分することによって目標値ｙｒｅｆを算出する。本開示の目標軌道Ｓｔは、直線である。したがって、制御部３２は、計画値Ａ［ｋＷｈ］を計画区間の時間長Ｔ［ｈ］で除算する。その結果、目標値ｙｒｅｆ［ｋＷ］が算出される。そして、減算器４１は、目標値ｙｒｅｆと測定値ｙＮＥＴとの誤差ｅを算出する。具体的には、減算器４１は、目標値ｙｒｅｆから測定値ｙＮＥＴを減算することによって誤差ｅを算出する。
【0039】
積分器４２は、誤差ｅを時間で積分することによって積算誤差ｅｓｕｍを算出する。そして、積分器４２は、積算誤差ｅｓｕｍをローパスフィルタ４３及びハイパスフィルタ４４に出力する。積算誤差ｅｓｕｍは、誤差ｅの積算値である。積算誤差ｅｓｕｍは、図３に示す目標軌道Ｓｔと系統電力の積算値Ｓｒとの差に相当する。なお、計画区間の始期の時点では、積算誤差ｅｓｕｍは、ゼロである。
【0040】
続いて、ローパスフィルタ４３は、積算誤差ｅｓｕｍから低周波成分ｅＥＣを抽出する。そして、ローパスフィルタ４３は、低周波成分ｅＥＣを水素製造システム２３用の制御器４５に出力する。ハイパスフィルタ４４は、積算誤差ｅｓｕｍから高周波成分ｅＢＴを抽出する。そして、ハイパスフィルタ４４は、高周波成分ｅＢＴを蓄電システム２４用の制御器４７に出力する。つまり、積算誤差ｅｓｕｍは、ローパスフィルタ４３とハイパスフィルタ４４とによって、低周波成分ｅＥＣと高周波成分ｅＢＴとに分離される。
【0041】
ローパスフィルタ４３及びハイパスフィルタ４４の設計には自由度がある。ローパスフィルタ４３の直流ゲインは１である。ローパスフィルタ４３の伝達関数とハイパスフィルタ４４の伝達関数との合計は１である。このような条件を満たすローパスフィルタ４３の伝達関数は、例えば、式（１）によって表される。ハイパスフィルタ４４の伝達関数は、例えば、式（２）によって表される。
【数1】
【数2】
【0042】
時定数ＴＦは、設計者によって定められるパラメータである。式（３）に示されるように、時定数ＴＦは、例えば、水素製造システム２３の時定数ＴＥＣと蓄電システム２４の時定数ＴＢＴとの平均値である。時定数ＴＦが用いられることによって、水素製造システム２３の応答速度と蓄電システム２４の応答速度との違いを考慮して、積算誤差ｅｓｕｍが各システムに配分される。
【数3】
【0043】
続いて、制御器４５は、積算誤差ｅｓｕｍの低周波成分ｅＥＣに基づいて、指令値ｕＥＣを算出する。制御器４５は、低周波成分ｅＥＣを減少させるような指令値ｕＥＣを算出する。制御器４５は、例えば、低周波成分ｅＥＣをゼロにするような指令値ｕＥＣを算出する。具体的には、制御器４５は、積算誤差ｅｓｕｍの低周波成分ｅＥＣを受け取る。そして、制御器４５は、積算誤差ｅｓｕｍの低周波成分ｅＥＣに応じた指令値ｕＥＣを水素製造システム２３に出力する。制御器４５は、例えば、ＰＩＤ制御器である。
【0044】
蓄電システム２４に含まれる蓄電装置の残量を維持するために、残量の目標値ｖｒｅｆが予め定められている。目標値ｖｒｅｆは、設計者によって設定されてもよい。目標値ｖｒｅｆは、ユーザインターフェースを介してオペレータによって設定されてもよい。本開示では、式（４）に示されるように、目標値ｖｒｅｆは、蓄電装置の残量の運用上限ｖｍａｘと運用下限ｖｍｉｎとの平均値である。
【数4】
【0045】
減算器４６は、目標値ｖｒｅｆと残量ｖとの誤差ｅｖを算出する。そして、減算器４６は、誤差ｅｖを制御器４７に出力する。具体的には、減算器４６は、目標値ｖｒｅｆから残量ｖを減算することによって誤差ｅｖを算出する。そして、制御器４７は、積算誤差ｅｓｕｍの高周波成分ｅＢＴ及び誤差ｅｖに基づいて、指令値ｕＢＴを算出する。制御器４７は、高周波成分ｅＢＴ及び誤差ｅｖを減少させるような指令値ｕＢＴを算出する。制御器４７は、例えば、高周波成分ｅＢＴ及び誤差ｅｖをゼロにするような指令値ｕＢＴを算出する。具体的には、制御器４７は、積算誤差ｅｓｕｍの高周波成分ｅＢＴ及び誤差ｅｖを受け取る。そして、制御器４７は、積算誤差ｅｓｕｍの高周波成分ｅＢＴ及び誤差ｅｖに応じた指令値ｕＢＴを蓄電システム２４に出力する。図５に示すように、制御器４７は、例えば、制御器７１と、制御器７２と、加算器７３と、を含む。
【0046】
制御器７１は、積算誤差ｅｓｕｍの高周波成分ｅＢＴに基づいて、指令値ｕ１を算出する。制御器７１は、高周波成分ｅＢＴを減少させるような指令値ｕ１を算出する。制御器７１は、例えば、高周波成分ｅＢＴをゼロにするような指令値ｕ１を算出する。具体的には、制御器７１は、積算誤差ｅｓｕｍの高周波成分ｅＢＴを受け取る。そして、制御器７１は、積算誤差ｅｓｕｍの高周波成分ｅＢＴに応じた指令値ｕ１を加算器７３に出力する。制御器７１は、例えば、ＰＩＤ制御器である。制御器７２は、誤差ｅｖに基づいて、指令値ｕ２を算出する。制御器７２は、誤差ｅｖを減少させるような指令値ｕ２を算出する。制御器７２は、例えば、誤差ｅｖをゼロにするような指令値ｕ２を算出する。具体的には、制御器７２は、誤差ｅｖを受け取る。そして、制御器７２は、誤差ｅｖに応じた指令値ｕ２を加算器７３に出力する。制御器７２は、例えば、ＰＩＤ制御器である。加算器７３は、指令値ｕ１及び指令値ｕ２を受け取る。加算器７３は、指令値ｕ１と指令値ｕ２とを合算することによって、指令値ｕＢＴを算出する。加算器７３は、指令値ｕＢＴを蓄電システム２４に出力する。
【0047】
続いて、水素製造システム２３は、エネルギーマネジメントシステム３（制御部３２）から指令値ｕＥＣを受信する。指令値ｕＥＣを受信した水素製造システム２３は、指令値ｕＥＣに応じた量の水素を製造する。さらに、指令値ｕＥＣを受信した水素製造システム２３は、指令値ｕＥＣに応じた消費電力ｙＥＣを消費する。同様に、蓄電システム２４は、エネルギーマネジメントシステム３（制御部３２）から指令値ｕＢＴを受信する。指令値ｕＢＴを受信した蓄電システム２４は、指令値ｕＢＴに応じた充放電電力ｙＢＴを充放電する。充放電電力ｙＢＴが正の値である場合、充放電電力ｙＢＴは蓄電システム２４の蓄電装置に充電される電力である。充放電電力ｙＢＴが負の値である場合、充放電電力ｙＢＴは蓄電システム２４の蓄電装置から放電される電力である。
【0048】
消費電力ｙＥＣ及び充放電電力ｙＢＴは、発電システム２１の発電電力ｙＰＶと電力需要家２２の消費電力ｙＬＤとの合算である。その結果、マイクログリッド２の測定値ｙＮＥＴが定まる。具体的には、図４に示すように、測定値ｙＮＥＴは、式（５）によって決まる。
【数5】
【0049】
以上の処理が計画区間中に所定の時間間隔で繰り返される。そして、計画区間の終期において、制御部３２は、積分器４２をリセットする。つまり、次の計画区間の始期において、積算誤差ｅｓｕｍはゼロとなる。なお、終期における積算誤差ｅｓｕｍは、計画区間のインバランス量［ｋＷｓ］に相当する。制御部３２は、終期における積算誤差ｅｓｕｍをメモリに保存してもよい。制御部３２は、終期における積算誤差ｅｓｕｍを通信部３１を介してエネルギーマネジメントシステム３の外部の装置に送信してもよい。このとき、制御部３２は、積算誤差ｅｓｕｍの単位を変換してもよい。例えば、制御部３２は、積算誤差ｅｓｕｍの単位をキロワット秒（ｋＷｓ）からキロワット時（ｋＷｈ）してもよい。
【0050】
次に、図６～図１１を参照しながら、エネルギーマネジメントシステム３が実施する電力調整方法の作用効果を説明する。図６は、シミュレーションに用いられた系統電力の２４時間における計画値を示す図である。図７は、シミュレーションに用いられた太陽光発電の発電電力の時間変化を示す図である。図８は、系統電力の積算値のシミュレーション結果を示す図である。図９は、積算誤差のシミュレーション結果を示す図である。図１０は、水素製造システムの消費電力及び蓄電システムの充放電電力のシミュレーション結果を示す図である。図１１は、蓄電装置の残量のシミュレーション結果を示す図である。
【0051】
図６の横軸は、計画区間の番号である。計画区間の番号が大きいほど時間が経過していることを示す。図７～図１１の横軸は、０時から２４時までの時刻を示す。図６の縦軸は、系統電力の計画値（単位：ｋＷｈ）を示す。図７の縦軸は、発電システム２１の発電電力ｙＰＶ（単位：ｋＷ）を示す。図８の縦軸は、系統電力の積算値（単位：ｋＷｈ）を示す。図９の縦軸は、積算誤差ｅｓｕｍ（単位：ｋＷｓ）を示す。図１０の縦軸は、水素製造システム２３の消費電力ｙＥＣ及び蓄電システム２４の充放電電力ｙＢＴ（単位：ｋＷ）を示す。図１１の縦軸は、蓄電装置の残量ｖ及び目標値ｖｒｅｆ（単位：ｋＷｈ）を示す。
【0052】
本開示のシミュレーションの条件として、以下の数値を設定した。
発電システム２１の発電電力ｙＰＶ：最大１２００ｋＷ。
水素製造システム２３の消費電力ｙＥＣ：定格１０００ｋＷ。
蓄電システム２４の蓄電装置の容量：５００ｋＷｈ。
充放電電力ｙＢＴの最大値：＋４００ｋＷ。
充放電電力ｙＢＴの最小値：－４００ｋＷ。
電力需要家２２の消費電力ｙＬＤ：１００ｋＷ。
蓄電装置残量の目標値ｖｒｅｆ：２５０ｋＷｈ。
発電システム２１の発電電力ｙＰＶ：最大１２００ｋＷ。
水素製造システム２３の消費電力ｙＥＣ：定格１０００ｋＷ。
蓄電システム２４の蓄電装置の容量：５００ｋＷｈ。
充放電電力ｙＢＴの最大値：＋４００ｋＷ。
充放電電力ｙＢＴの最小値：－４００ｋＷ。
電力需要家２２の消費電力ｙＬＤ：１００ｋＷ。
蓄電装置残量の目標値ｖｒｅｆ：２５０ｋＷｈ。
【0053】
図６に示すように、系統電力の計画値として、２４時間（４８計画区間）分の計画値を用いた。各計画区間の時間長は、３０分である。１番目の計画区間は、０時０分から０時３０分までの区間である。以降、計画区間の番号が増加するごとに３０分ずつシフトする。なお、現在時刻よりも前に該当する計画区間の計画値が定まっていればよい。したがって、必ずしも０時０分に４８計画区間のすべての計画値が定まっている必要は無い。図７に示す発電電力ｙＰＶの時間変化は、太陽光発電による発電電力の典型的な例である。図７に示される発電電力ｙＰＶは、７時から１０時の間、及び１５時から１７時の間において激しく変動している。この変動は、雲の影響による。
【0054】
図８に示すように、各計画区間の終期において、系統電力の積算値（図３の実績値に相当）が計画値と高い精度で一致していることがわかる。すなわち、計画値同時同量が達成されている。具体的には、図９に示すように、積算誤差ｅｓｕｍは、最大でも１５０ｋＷｓ（＝０．０４ｋＷｈ）程度である。すなわち、発電電力ｙＰＶが変動しているにもかかわらず、系統電力の積算値が高精度に目標軌道に追従していることがわかる。
【0055】
図１０に示すように、発電電力ｙＰＶが激しく変動している７時から１０時の間、及び１５時から１７時の間に、蓄電システム２４の充放電が行われている。したがって、発電電力ｙＰＶの変動のうちの低周期変動を水素製造システム２３で補っていることがわかる。さらに、発電電力ｙＰＶの変動のうちの高周期変動を蓄電システム２４で補っていることがわかる。
【0056】
図１１に示されるように、目標値ｖｒｅｆと残量ｖとの誤差ｅｖは、最大で１０ｋＷｈ程度である。蓄電装置の容量が５００ｋＷｈであるので、残量ｖが目標値ｖｒｅｆから大きく逸脱していないことがわかる。つまり、蓄電装置が運用されていることがわかる。すなわち、蓄電装置が満充電又は過放電になって調整力を失う事態が回避されている。
【0057】
以上説明したエネルギーマネジメントシステム３及びエネルギーマネジメントシステム３が実施する電量調整方法は、積算誤差ｅｓｕｍの低周波成分ｅＥＣに基づいて指令値ｕＥＣを生成する。次に、エネルギーマネジメントシステム３及び電量調整方法は、積算誤差ｅｓｕｍの高周波成分ｅＢＴに基づいて指令値ｕＢＴを生成する。そして、エネルギーマネジメントシステム３及び電量調整方法は、指令値ｕＥＣを水素製造システム２３に出力するとともに、指令値ｕＢＴを蓄電システム２４に出力する。これにより、電力系統９０の計画値同時同量制約を遵守するために、マイクログリッド２内の水素製造システム２３の消費電力ｙＥＣ及び蓄電システム２４の充放電電力ｙＢＴの両方が同時に制御される。
【0058】
一般に、水素製造システム２３が指令値ｕＥＣを受けてから消費電力ｙＥＣを消費するまでの応答時間（応答速度）は、蓄電システム２４が指令値ｕＢＴを受けてから充放電電力ｙＢＴを充放電するまでの応答時間（応答速度）よりも長い。低周波成分ｅＥＣは、長期的に変動する成分である。つまり、高速な応答が要求されない。一方、高周波成分ｅＢＴは、短期的に変動する成分である。つまり、高速な応答が要求される。水素製造システム２３の応答速度は遅い。したがって、単体の水素製造システム２３は、発電電力ｙＰＶ等の急激な変動に起因する積算誤差ｅｓｕｍの変動に追従できない。したがって、インバランスを回避することができないおそれがある。これに対し、低周波成分ｅＥＣに基づいて指令値ｕＥＣが生成されることによって、水素製造システム２３が長期的な変動に対応する。一方で、高周波成分ｅＢＴに基づいて指令値ｕＢＴが生成されることによって、蓄電システム２４が短期的な変動に対応する。この構成により、水素製造システム２３の応答速度の遅さを蓄電システム２４で補うことができる。したがって、積算誤差ｅｓｕｍの変動に追従することが可能となる。その結果、計画値同時同量制御の性能を向上させることが可能となる。
【0059】
例えば、マイクログリッド２が調整力電源として蓄電システム２４だけを含む場合、インバランスを回避するためには大容量の蓄電装置が必要になる。これに対し、調整力電源として水素製造システム２３と蓄電システム２４とを組み合わせて用いることにより、蓄電装置の容量を低減することが可能となる。蓄電装置は容量が大きいほど価格が高くなる傾向がある。蓄電装置の容量の低減によって、コストの削減が可能となる。
【0060】
例えば、積算誤差ｅｓｕｍに代えて、系統電力の目標値ｙｒｅｆと系統電力の測定値ｙＮＥＴとの誤差ｅをフィードバック制御に用いた場合、測定値ｙＮＥＴは目標値ｙｒｅｆに追従する。しかし、測定値ｙＮＥＴの積算値（系統電力の積算値）は目標軌道Ｓｔから外れるので、インバランス量が大きくなるおそれがある。これに対し、系統電力の目標値ｙｒｅｆと系統電力の測定値ｙＮＥＴとの誤差ｅが算出される。そして、誤差ｅを積分することによって積算誤差ｅｓｕｍが算出される。積算誤差ｅｓｕｍをフィードバック制御に用いることによって、測定値ｙＮＥＴの積算値が目標軌道Ｓｔから外れても、フィードバック制御によって復元することができる。その結果、計画値同時同量制御の性能を向上させることが可能となる。目標値ｙｒｅｆと測定値ｙＮＥＴとの誤差ｅを積分するという簡単な計算によって、積算誤差ｅｓｕｍを算出することができる。
【0061】
蓄電装置が満充電状態又は過放電状態になると、蓄電装置は調整力を失う。その結果、インバランスを回避する能力の低下又は喪失が発生する。リチウムイオン電池等の蓄電装置が満充電状態又は過放電状態を継続すると、蓄電装置の劣化を早める。これに対し、蓄電システム２４に含まれる蓄電装置の残量の目標値ｖｒｅｆと残量ｖとの誤差ｅｖと、高周波成分ｅＢＴと、に基づいて指令値ｕＢＴが生成される。この構成によれば、目標値ｖｒｅｆから残量ｖが大幅に逸脱しないように、蓄電システム２４（蓄電装置）の充放電電力ｙＢＴを制御することが可能となる。したがって、蓄電装置が満充電状態又は過放電状態になる可能性を低減することができる。これにより、蓄電装置の劣化を抑制できる。したがって、蓄電装置の調整力を維持することができる。その結果、計画値同時同量制御の性能を更に向上させることが可能となる。
【0062】
目標軌道Ｓｔは、一定の傾きを有する直線である。系統電力の積算量の制御目標値は、計画区間において時間が経過するにつれて一定の割合で増加する。この場合、目標軌道Ｓｔ及び制御目標値を簡易に設定することができる。したがって、計算負荷を低減させることが可能となる。
【0063】
本開示の電力調整方法、及び電力調整装置は、上述の内容に限定されない。
【0064】
発電システム２１は、太陽光発電システムに限定されない。発電システム２１は、風力発電システム、地熱発電システム、バイオマス発電システム、ごみ発電システム、又はそれらの組み合わせであってもよい。太陽光発電装置の発電電力は、日射、温度、及び降雪といった気象条件の影響を受ける。風力発電装置の発電電力は、風速の影響を受ける。したがって、これらの発電装置の発電電力は、激しく変動することがある。バイオマス発電及びごみ発電の原料となるバイオマス及び廃棄物や汚泥等のごみの性状は、一般には不安定である。バイオマス発電及びごみ発電は、一時的な焼却に適さない物の混入等により、発電電力が安定しない。このように、発電システム２１は、出力変動が大きい発電システムであってもよい。この場合、計画値通りの発電電力を得ることが難しい。そこで、水素製造システム２３及び蓄電システム２４によって、インバランスを解消する必要がある。エネルギーマネジメントシステム３によれば、受電電力に対する外乱要素を抑制することができる。言い換えると、エネルギーマネジメントシステム３によれば、送電電力に対する再生可能エネルギーの変動要素を抑制することができる。
【0065】
発電システム２１は、ガスタービン、及びガスエンジン等の発電電力を制御可能な発電機を含んでもよい。マイクログリッド２は、発電システム２１を備えていなくてもよい。
【0066】
マイクログリッド２は、水素製造システム２３に代えて、別の電力消費装置（設備）を備えていてもよい。さらに、マイクログリッド２は、水素製造システム２３に加えて、別の電力消費装置（設備）を備えていてもよい。別の電力消費装置の例としては、電気ボイラ、及びスチームアキュムレータが挙げられる。
【0067】
本開示の制御器４５、制御器７１、及び制御器７２は、ＰＩＤ制御器である。本開示の制御器４５、制御器７１、及び制御器７２は、Ｐ制御器、ＰＩ制御器、ＰＤ制御器、Ｉ－ＰＤ制御器、及び２自由度ＰＩＤ制御器等のその他の制御器であってもよい。制御器４５、制御器７１、及び制御器７２は、Ｈ２制御理論及びＨ∞制御理論等の理論を用いて設計されてもよい。
【0068】
本開示では、連続時間での説明を行ったが、離散時間であってもよい。水素製造システム２３及び蓄電システム２４は、それぞれの制御及び計測周期が異なる離散時間系（マルチレート系）において設計された制御系を備えてもよい。ローパスフィルタ４３及びハイパスフィルタ４４は、例えば、バターワースフィルタ等のよく知られた離散時間フィルタ設計法を用いて設計されてもよい。制御器４５、制御器７１、及び制御器７２として、ヴェロシティフォームとも称される速度型ＰＩＤ制御器が用いられてもよい。速度型ＰＩＤ制御器は、離散時間でのＰＩＤ設計において、積分器ワインドアップを防ぐ手法としてよく利用される。
【0069】
本開示では、目標値ｖｒｅｆは、固定の値である。目標値ｖｒｅｆは、変更が供された可変の値であってもよい。目標値ｖｒｅｆは、オペレータによって手動で設定されてもよい。目標値ｖｒｅｆは、エネルギーマネジメントシステム３の内部（制御部３２）において作成されてもよい。目標値ｖｒｅｆは、エネルギーマネジメントシステム３の外部から一定時間ごとに配信されてもよい。例えば、天気予報により天気が快晴であることが予測されている場合、目標値ｖｒｅｆは、日中に上昇（充電）し、日没後に低下（放電）する軌道を描くように設定されてもよい。天気予報により天気が雨であることが予測されている場合には、目標値ｖｒｅｆは、蓄電装置の残量の運用上限ｖｍａｘと運用下限ｖｍｉｎとの平均値に常時設定されてもよい。この構成によれば、快晴時において日中に発電システム２１によって生成された発電電力ｙＰＶを夜間に利用することが可能となる（電力シフト）。
【0070】
本開示では、目標軌道Ｓｔは、計画区間の始期において０ｋＷｈであり、計画区間の終期において計画値Ａに達する直線であった。目標値ｙｒｅｆは、計画値Ａを時間長Ｔで除算することによって得られる平均値であった。しかし、目標軌道Ｓｔ及び目標軌道Ｓｔを微分することによって得られる目標値ｙｒｅｆは、これらに限定されない。例えば、図１２に示す目標軌道Ｓｔを用いてもよい。図１２に示す目標軌道Ｓｔは、計画区間（３０分から６０分）の始期における傾きが、前回の計画区間（０分から３０分）における平均目標軌道Ｓｔ１の傾きに等しく、かつ、終期における傾きが当該計画区間（３０分から６０分）における平均目標軌道Ｓｔ２の傾きに等しい。この場合、目標値ｙｒｅｆは、２つの計画区間の変更点において連続である。言い換えると、制御目標値の増加の割合（目標軌道Ｓｔの傾き）は、１つ前の時間区間から連続的に変化する。この構成によれば、制御の連続性が保たれる。したがって、フィードバック制御の安定性を向上させることができる。その結果、計画値同時同量制御の性能を向上させることが可能となる。
【0071】
本開示では、計画値は、計画区間ごとに事前に与えた。図１３に示されるように、計画値は、計画区間中に変更してもよい。図１３の例では、計画値Ａ１に基づいて目標軌道Ｓｔ１が決定される。そして、目標軌道Ｓｔ１に沿うように系統電力の積算値Ｓｒが制御される。時間ｔにおいて、計画値Ａ１から計画値Ａ２に変更されると、新たな目標軌道Ｓｔ３が用いられる。新たな目標軌道Ｓｔ３は、時間ｔにおける目標軌道Ｓｔ１の制御目標値から計画区間の終期において計画値Ａ２に達する直線である。デマンドレスポンスの仕組みにおいて、計画値は、計画区間内に変更してよい。このような計画値の変更に対しても、容易に対応することができる。
【0072】
制御器７２のゲインとして、非線形ゲインを用いてもよい。例えば、誤差ｅｖの絶対値が小さい場合には、制御器７２のゲインは、小さいゲインに設定してもよい。制御器７２のゲインは、０に設定してもよい。誤差ｅｖの絶対値が大きい場合には、制御器７２のゲインは、大きいゲインに設定してもよい。言い換えると、残量ｖが運用上限ｖｍａｘ又は運用下限ｖｍｉｎに近づいている場合には、制御器７２のゲインは、大きいゲインに設定してもよい。残量ｖには、厳密な制御が求められていない。したがって、上述のような非線形ゲインを用いることによって、残量ｖに問題の無い範囲では、計画値同時同量制御を優先させることができる。特に誤差ｅｖの絶対値が小さい場合に制御器７２のゲインを０に設定することは、残量ｖの制御に不感帯を設けることを意味する。つまり、残量ｖは、目標値ｖｒｅｆを中心とした所定の範囲内に維持される。
【0073】
制御部３２が行う演算は、図４のブロック線図に示される演算に限られない。図１４～図１８を参照して、制御部３２の変形例を説明する。図１４～図１８は、変形例の制御部が実施する計画値同時同量制御を説明するためのブロック線図である。
【0074】
図１４に示す制御部３２Ａは、積分器４２の配置において、制御部３２と主に相違する。制御部３２Ａの積分器４２は、測定値ｙＮＥＴを時間積分することによって積算値Ｓｒ（実績値）を算出する。そして、積分器４２は、積算値Ｓｒを減算器４１に出力する。減算器４１は、目標軌道Ｓｔと積算値Ｓｒとの誤差（差分）を積算誤差ｅｓｕｍとして算出する。具体的には、減算器４１は、目標軌道Ｓｔにおける現在の制御目標値から積算値Ｓｒを減算することによって積算誤差ｅｓｕｍを算出する。そして、減算器４１は、積算誤差ｅｓｕｍをローパスフィルタ４３及びハイパスフィルタ４４に出力する。その他の演算は、制御部３２と同様であるので、説明を省略する。この構成によれば、目標軌道Ｓｔを直接フィードバック制御に用いることができる。さらに、制御目標値と測定値ｙＮＥＴの積分値（積算値Ｓｒ）との差分を計算するだけで、積算誤差ｅｓｕｍを算出することができる。
【0075】
図１５に示される制御部３２Ｂは、制御器４５及び制御器７１として、同一の制御器が用いられている点において、制御部３２と主に相違する。この場合、指令値ｕＥＣは、水素製造システム２３に消費させる電力を示す。
【0076】
図１６に示す制御部３２Ｃは、制御器４５及び制御器７１の配置において、制御部３２Ｂと主に相違する。具体的には、制御部３２Ｃにおいては、１つの制御器４５がローパスフィルタ４３及びハイパスフィルタ４４の前段に配置されている。この場合、制御器４５は、積算誤差ｅｓｕｍに基づいて、指令値ｕ（第３指令値）を算出する。制御器４５は、積算誤差ｅｓｕｍを減少させるような指令値ｕを算出する。制御器４５は、例えば、積算誤差ｅｓｕｍをゼロにするような指令値ｕを算出する。具体的には、制御器４５は、積算誤差ｅｓｕｍを積分器４２から受け取る。積算誤差ｅｓｕｍを受け取った制御器４５は、積算誤差ｅｓｕｍに応じた指令値ｕをローパスフィルタ４３及びハイパスフィルタ４４に出力する。そして、ローパスフィルタ４３は、指令値ｕから低周波成分を指令値ｕＥＣとして抽出した後に、指令値ｕＥＣを水素製造システム２３に出力する。同様に、ハイパスフィルタ４４は、指令値ｕから高周波成分を指令値ｕ１として抽出した後に、指令値ｕ１を加算器７３に出力する。その他の演算は、制御部３２Ｂと同様であるので、説明を省略する。
【0077】
制御部３２Ｃは制御部３２Ｂと等価であるので、制御部３２Ｃにおいても制御部３２Ｂと同様の効果が奏される。この構成によれば、制御器の数を減らすことができる。したがって、設計及び調整パラメータを減らすことができる。
【0078】
図１７に示す制御部３２Ｄは、ハイパスフィルタ４４に代えて減算器４８を備える点において、制御部３２Ｃと主に相違する。減算器４８は、制御器４５から指令値ｕを受け取る。さらに、減算器４８は、ローパスフィルタ４３から指令値ｕＥＣを受け取る。そして、減算器４８は、指令値ｕから指令値ｕＥＣを減算することによって、指令値ｕ１を算出する。上述のように、ローパスフィルタ４３の伝達関数とハイパスフィルタ４４の伝達関数との合計は１である。したがって、式（２）に示すように、ハイパスフィルタ４４の伝達関数は、１からローパスフィルタ４３の伝達関数を減算することによって得られる。したがって、ローパスフィルタ４３の入力である指令値ｕからローパスフィルタ４３の出力である指令値ｕＥＣを減算することは、指令値ｕをハイパスフィルタ４４に通すことと等価である。
【0079】
制御部３２Ｄは、制御部３２Ｂ，３２Ｃと等価である。したがって、制御部３２Ｄは、制御部３２Ｂ，３２Ｃと同様の効果を奏する。この構成によれば、制御器の数を更に減らすことができるので、設計及び調整パラメータを更に減らすことができる。
【0080】
図１８に示す制御部３２Ｅは、飽和要素４９を更に備える点において、制御部３２Ｄと主に相違する。飽和要素４９は、ローパスフィルタ４３の後段に設けられる。飽和要素４９は、ローパスフィルタ４３から指令値ｕＥＣを受け取る。飽和要素４９は、指令値ｕＥＣが予め定められた有効範囲内である場合には、指令値ｕＥＣをそのまま減算器４８及び水素製造システム２３に出力する。一方、飽和要素４９は、指令値ｕＥＣが上記有効範囲外である場合には、有効範囲内に収まるように指令値ｕＥＣを変更する。例えば、指令値ｕＥＣが上記有効範囲の上限値を超える場合には、飽和要素４９は、上限値に設定した指令値ｕＥＣを出力する。指令値ｕＥＣが上記有効範囲の下限値を下回る場合には、下限値に設定した指令値ｕＥＣを出力する。その他の演算は、制御部３２Ｄと同様であるので、説明を省略する。
【0081】
水素製造システム２３は、指令値ｕＥＣに対して有効範囲を有している。例えば、指令値ｕＥＣが０ｋＷ以上１０００ｋＷ以下の範囲内において、水素製造システム２３は、指令値ｕＥＣに応じて消費電力ｙＥＣを消費することが可能である。水素製造システム２３は、電力を生成できないので、指令値ｕＥＣが負の値である場合には、水素製造システム２３は、指令値ｕＥＣに応じた動作を行うことができない。言い換えると、水素製造システム２３は、放電能力を有しないので、指令値ｕＥＣが放電指令である場合には、水素製造システム２３は、指令値ｕＥＣに応じた動作を行うことができない。水素製造システム２３によって消費可能な消費電力ｙＥＣには、上限がある。例えば、指令値ｕＥＣの内容が、水素製造システム２３によって消費可能な消費電力の上限（例えば、１０００ｋＷ）を超える電力を消費させるための値であることがあり得る。この場合には、水素製造システム２３は、指令値ｕＥＣに応じた動作を行うことができない。言い換えると、指令値ｕＥＣによって水素製造システム２３に消費させようとする消費電力が、水素製造システム２３による消費可能な消費電力の範囲外である場合には、目標とする消費電力が得られない。
【0082】
これに対し、制御部３２Ｅは、指令値ｕＥＣが有効範囲外である場合に、有効範囲内に収まるように指令値ｕＥＣを変更する。具体的には、飽和要素４９は、水素製造システム２３の有効範囲内に指令値ｕＥＣを収める。したがって、目標とする消費電力を得ることが可能となる。
【0083】
さらに、制御部３２Ｅは、指令値ｕ１に基づいて、指令値ｕＢＴを生成する。指令値ｕ１は、指令値ｕから飽和要素４９の出力（指令値ｕＥＣ）が減算されることによって生成される。言い換えると、飽和要素４９による指令値ｕＥＣの変更前後の差分が指令値ｕＢＴに加算される。電力のインバランスを回避するために必要な電力が供給側であるとき、飽和要素４９の出力は０である。言い換えると、電力のインバランスを回避するための指令値ｕが０未満であるとき、指令値ｕＥＣは０である。この場合、制御器４５の出力（指令値ｕ）が蓄電システム２４への指令値ｕＢＴにそのまま使用される。この構成では、インバランスを回避するために電力を消費する場合は、主に水素製造システム２３に電力を消費させると共に、蓄電システム２４は残量ｖを変えないように細かく充放電する。一方、インバランスを回避するために電力を供給する場合は、水素製造システム２３を停止させると共に、蓄電システム２４が主体となって放電を行う。以上のように、水素製造システム２３が消費できない電力を、蓄電システム２４によって消費させることが可能となる。
【0084】
図１９及び図２０を参照して、制御部３２Ｅを用いたシミュレーション結果について説明する。図１９は、図１８の制御部を用いた系統電力のシミュレーション結果を示す図である。図２０は、図１８の制御部を用いた水素製造システムの消費電力、蓄電システムの充放電電力、及び蓄電装置の残量のシミュレーション結果を示す図である。図１９及び図２０の横軸は、０時から２４時までの時刻を示す。図１９の縦軸は、系統電力（単位：ｋＷ）を示す。図２０の縦軸は、水素製造システム２３の消費電力ｙＥＣ及び蓄電システム２４の充放電電力ｙＢＴ（単位：ｋＷ）を示す。
【0085】
本開示のシミュレーションでは、計画値として、４２番目（２０時３０分から２１時００分まで）の計画区間において、デマンドレスポンス等による電力の融通が行われていることを想定した値を用いた。具体的には、図６に示す系統電力の計画値において、４２番目の計画区間の計画値を１００．０ｋＷｈから－５０．０ｋＷｈに変更した。計画値を除く条件は、上記のシミュレーションと同一の条件を用いた。このとき、図１９に示すように、測定値ｙＮＥＴは、２０時３０分から２１時００分までの計画区間において、一時的に負の値になっている。つまり、マイクログリッド２は、電力系統９０に送電している。
【0086】
上述のように、水素製造システム２３は、電力消費による電力の調整能力のみを有している。したがって、図２０に示すように、２０時３０分から２１時００分までの計画区間において、水素製造システム２３の消費電力ｙＥＣが０ｋＷになり、蓄電システム２４の充放電電力ｙＢＴが負の値となっている。つまり、当該計画区間において、水素製造システム２３を停止させるとともに、蓄電システム２４の蓄電装置を放電させることによって、インバランスを回避していることがわかる。そして、２１時以降に、水素製造システム２３の消費電力ｙＥＣを抑えることによって、蓄電システム２４の蓄電装置の残量ｖが回復されることがわかる。
【0087】
マイクログリッド２は、複数の水素製造システム２３を備えていてもよい。マイクログリッド２は、複数の蓄電システム２４を備えていてもよい。図２１に示す例では、マイクログリッド２は、２つの水素製造システム２３（水素製造システム２３Ａ，２３Ｂ）と、２つの蓄電システム２４（蓄電システム２４Ａ，２４Ｂ）と、を備えている。マイクログリッド２に対し、エネルギーマネジメントシステム３は、制御部３２Ｆを備えている。制御部３２Ｆは、比例要素５１～５４を更に備える点において、制御部３２Ｃと主に相違する。さらに、制御部３２Ｆは、減算器４６、制御器７２、及び加算器７３に代えて、減算器４６Ａ，４６Ｂ、制御器７２Ａ，７２Ｂ、及び加算器７３Ａ，７３Ｂを備える点において、制御部３２Ｃと主に相違する。
【0088】
比例要素５１は、ローパスフィルタ４３の後段に設けられる。比例要素５１は、ローパスフィルタ４３から指令値ｕＥＣを受け取る。比例要素５１は、指令値ｕＥＣと比例ゲインＫＥＣ１とを乗算する。比例要素５１は、乗算結果を指令値ｕＥＣ１として水素製造システム２３Ａに出力する。式（６）に示すように、比例ゲインＫＥＣ１は、例えば、水素製造システム２３Ａの最大消費電力Ｅ１と水素製造システム２３Ｂの最大消費電力Ｅ２との総和に対する水素製造システム２３Ａの最大消費電力Ｅ１の割合である。
【数6】
【0089】
比例要素５２は、ローパスフィルタ４３の後段に設けられる。比例要素５２は、ローパスフィルタ４３から指令値ｕＥＣを受け取る。比例要素５２は、指令値ｕＥＣと比例ゲインＫＥＣ２とを乗算する。比例要素５２は、乗算結果を指令値ｕＥＣ２として水素製造システム２３Ｂに出力する。式（７）に示すように、比例ゲインＫＥＣ２は、例えば、水素製造システム２３Ａの最大消費電力Ｅ１と水素製造システム２３Ｂの最大消費電力Ｅ２との総和に対する水素製造システム２３Ｂの最大消費電力Ｅ２の割合である。
【数7】
【0090】
比例要素５３は、ハイパスフィルタ４４の後段に設けられる。比例要素５３は、ハイパスフィルタ４４から指令値ｕ１を受け取る。比例要素５３は、指令値ｕ１と比例ゲインＫＢＴ１とを乗算する。比例要素５３は、乗算結果を加算器７３Ａに出力する。式（８）に示すように、比例ゲインＫＢＴ１は、例えば、蓄電システム２４Ａの最大充放電電力Ｂ１と蓄電システム２４Ｂの最大充放電電力Ｂ２との総和に対する蓄電システム２４Ａの最大充放電電力Ｂ１の割合である。
【数8】
【0091】
比例要素５４は、ハイパスフィルタ４４の後段に設けられる。比例要素５４は、ハイパスフィルタ４４から指令値ｕ１を受け取る。比例要素５４は、指令値ｕ１と比例ゲインＫＢＴ２とを乗算する。比例要素５４は、乗算結果を加算器７３Ｂに出力する。式（９）に示すように、比例ゲインＫＢＴ２は、例えば、蓄電システム２４Ａの最大充放電電力Ｂ１と蓄電システム２４Ｂの最大充放電電力Ｂ２との総和に対する蓄電システム２４Ｂの最大充放電電力Ｂ２の割合である。
【数9】
【0092】
減算器４６Ａは、蓄電システム２４Ａに含まれる蓄電装置の残量ｖ１を蓄電システム２４Ａから受け取る。減算器４６Ａは、目標値ｖｒｅｆ１から残量ｖ１を減算することによって誤差を算出する。減算器４６Ａは、誤差を制御器７２Ａに出力する。目標値ｖｒｅｆ１は、蓄電システム２４Ａに含まれる蓄電装置の残量の目標値である。制御器７２Ａは、減算器４６Ａから誤差を受け取る。制御器７２Ａは、誤差に応じた指令値を加算器７３Ａに出力する。制御器７２Ａは、誤差を減少させるような指令値を算出する。制御器７２Ａは、例えば、誤差をゼロにするような指令値を算出する。制御器７２Ａは、例えば、ＰＩＤ制御器である。そして、加算器７３Ａは、比例要素５３から受け取った乗算結果と、制御器７２Ａから受け取った指令値とを合算することによって、指令値ｕＢＴ１を算出する。そして、加算器７３Ａは、指令値ｕＢＴ１を蓄電システム２４Ａに出力する。
【0093】
減算器４６Ｂは、蓄電システム２４Ｂから蓄電システム２４Ｂに含まれる蓄電装置の残量ｖ２を受け取る。減算器４６Ｂは、目標値ｖｒｅｆ２から残量ｖ２を減算することによって誤差を算出する。減算器４６Ｂは、誤差を制御器７２Ｂに出力する。目標値ｖｒｅｆ２は、蓄電システム２４Ｂに含まれる蓄電装置の残量の目標値である。制御器７２Ｂは、減算器４６Ｂから誤差を受け取る。制御器７２Ｂは、誤差に応じた指令値を加算器７３Ｂに出力する。制御器７２Ｂは、誤差を減少させるような指令値を算出する。制御器７２Ｂは、例えば、誤差をゼロにするような指令値を算出する。制御器７２Ｂは、例えば、ＰＩＤ制御器である。そして、加算器７３Ｂは、比例要素５４から受け取った乗算結果と、制御器７２Ｂから受け取った指令値とを合算することによって、指令値ｕＢＴ２を算出する。そして、加算器７３Ｂは、指令値ｕＢＴ２を蓄電システム２４Ｂに出力する。
【0094】
比例要素５１，５２は、水素製造システム２３Ａ，２３Ｂの最大消費電力に応じた負荷を水素製造システム２３Ａ，２３Ｂに分担させる。マイクログリッド２が３以上の水素製造システム２３を備えている場合も、同様に比例要素は、各水素製造システム２３の最大消費電力に応じた負荷を、各水素製造システム２３に分担させる。比例要素５３，５４は。蓄電システム２４Ａ，２４Ｂの最大充放電電力に応じた負荷を蓄電システム２４Ａ，２４Ｂに分担させている。マイクログリッド２が３以上の蓄電システム２４を備えている場合も、同様に比例要素は、各蓄電システム２４の最大充放電電力に応じた負荷を各蓄電システム２４に分担させる。
【0095】
次に、図２２を参照して、エネルギーマネジメントシステム３のハードウェア構成について説明する。図２２は、図１に示すエネルギーマネジメントシステムのハードウェア構成の一例を示す図である。エネルギーマネジメントシステム３は、１又は複数のコンピュータ１００を含む。コンピュータ１００は、プロセッサ１０１と、記憶装置１０２と、入力装置１０３と、出力装置１０４と、通信装置１０５と、を含む。エネルギーマネジメントシステム３は、これらのハードウェアと、プログラム等のソフトウェアと、により構成された１又は複数のコンピュータ１００によって構成される。つまり、エネルギーマネジメントシステム３は、少なくとも１つのプロセッサ１０１を備えている。
【0096】
エネルギーマネジメントシステム３が複数のコンピュータ１００によって構成される場合には、これらのコンピュータ１００はローカルで接続されてもよい。これらのコンピュータ１００は、インターネット又はイントラネット等の通信ネットワークを介して接続されてもよい。この接続によって、論理的に１つのエネルギーマネジメントシステム３が構築される。
【0097】
プロセッサ１０１は、オペレーティングシステム及びアプリケーション・プログラム等を実行する。プロセッサ１０１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit)が挙げられる。記憶装置１０２は、ＲＯＭ（Read Only Memory)及びＲＡＭ（Random Access Memory）によって構成される主記憶装置と、ハードディスク及びフラッシュメモリ等によって構成される補助記憶装置と、を含む。入力装置１０３は、キーボード、マウス、タッチパネル、及び音声入力用マイク等によって構成される。出力装置１０４は、ディスプレイ及びプリンタ等によって構成される。通信装置１０５は、ネットワークカード又は無線通信モジュールによって構成される。
【0098】
記憶装置１０２は、コンピュータ１００をエネルギーマネジメントシステム３として機能させるためのプログラムと、処理に必要なデータと、を格納している。エネルギーマネジメントシステム３の図２に示す各機能は、プロセッサ１０１等のハードウェアにプログラムを読み込ませることにより、プロセッサ１０１の制御のもとで各ハードウェアを動作させるとともに、記憶装置１０２におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
【0099】
プログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、及び半導体メモリ等の有形の記録媒体に記録された上で提供されてもよい。プログラムは、データ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。
【0100】
インバランス解消のための調整力電源は、主に火力発電である。調整力電源は、インバランス解消のため、複数基を起動状態としつつ、かつ、上げ・下げ両方に余裕を持たせた部分出力運転を行う必要がある。この運転は、発電効率の観点からは望ましくない。この運転は、発電単価の上昇、ＣＯ２排出量の増加等を招くことがある。したがって、インバランスの抑制又は解消は、特定のマイクログリッドの経済性及び事業収益のみに関わるものではない。インバランスの抑制又は解消は、社会全体としての経済的なエネルギー供給及び環境負荷の低減にも関わる。よって、本開示の電力調整方法、及び電力調整装置は、国連が主導する持続可能な開発目標（Sustainable Development Goals：ＳＤＧｓ）の目標７「すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する」及び目標１３「気候変動及びその影響を軽減するための緊急対策を講じる」に貢献する。
【0101】
水素は、次世代のエネルギー源として注目されている。特に、ＣＯ２の排出量を大幅に低減させた方法で製造された水素は、「ＣＯ２フリー水素」と呼ばれている。本開示の電力調整方法、及び電力調整装置は、再生可能エネルギーの余剰電力を使用して水素製造を行うことができるので、ＣＯ２フリー水素の製造に貢献する。本開示の電力調整方法、及び電力調整装置は、再生可能エネルギー電源で問題となっている変動性を抑制する制御方法を示す。つまり、本開示の電力調整方法、及び電力調整装置は、再生可能エネルギー電源自体の普及・拡大にも貢献する。そのため、本開示の電力調整方法、及び電力調整装置は、ＳＤＧｓのターゲット７．２「２０３０年までに、世界のエネルギーミックスにおける再生可能エネルギーの割合を大幅に拡大させる。」、及びターゲット９．３「2030年までに、資源利用効率の向上とクリーン技術及び環境に配慮した技術・産業プロセスの導入拡大を通じたインフラ改良や産業改善により、持続可能性を向上させる。すべての国々は各国の能力に応じた取組を行う。」に貢献する。
【0102】
本開示の電力調整方法、及び電力調整装置は、電力市場を介した計画値同時同量制度に対して好適である。さらに、計画値同時同量制御は、その他の制度においても必要な技術である。例えば、企業等が一般電気事業者の送配電ネットワークを利用した自己託送においても、送電側及び受電側は計画値同時同量の制約を受けることがある。自己託送の場合でも、本技術を用いて、定められたある区間の系統電力量を目標値に制御することができる。
【0103】
ところで、近年、ＲＥ１００と呼ばれる、企業が自らの事業の使用電力を１００％再生可能エネルギーで賄うことを目指す国際的なイニシアティブが注目を集めている。一般に、企業等の本社が存在する都市部の高層ビルには、ビル全体の消費エネルギーを補うほどの太陽光発電設備及び風力発電設備を設置するスペースは存在しない。そのため、ＲＥ１００の一つの実現方策として、各地に存在する再生可能エネルギー発電設備から本社等の高層ビルに自己託送することが考えられる。自己託送制度では、送電側及び受電側ともに計画値同時同量を順守しなくてはならないので、本開示の技術の適用が期待される。そのため、本開示は、ＲＥ１００の推進にも貢献する。
【符号の説明】
【0104】
１ 電力供給システム
２ マイクログリッド
３ エネルギーマネジメントシステム
９０ 電力系統
２１ 発電システム
２２ 電力需要家
２３，２３Ａ，２３Ｂ 水素製造システム（電力消費装置）
２４，２４Ａ，２４Ｂ 蓄電システム（蓄電装置）
２５ グリッド制御部
２６ 電力測定部
２７ 電力測定部
３１ 通信部
３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ 制御部
１００ コンピュータ
１０１ プロセッサ
ｅ 誤差
ｅＢＴ 高周波成分
ｅＥＣ 低周波成分
ｅｓｕｍ 積算誤差
ｅｖ 誤差
Ｓｔ 目標軌道
Ｓｒ 積算値
ｕ 指令値（第３指令値）
ｕＢＴ 指令値（第２指令値）
ｕＥＣ 指令値（第１指令値）
ｖ 残量
ｖｒｅｆ 目標値
ｙＢＴ 充放電電力
ｙＥＣ 消費電力
ｙＬＤ 消費電力
ｙＮＥＴ 測定値
ｙＰＶ 発電電力
ｙｒｅｆ 目標値（電力目標値）
２ マイクログリッド
３ エネルギーマネジメントシステム
９０ 電力系統
２１ 発電システム
２２ 電力需要家
２３，２３Ａ，２３Ｂ 水素製造システム（電力消費装置）
２４，２４Ａ，２４Ｂ 蓄電システム（蓄電装置）
２５ グリッド制御部
２６ 電力測定部
２７ 電力測定部
３１ 通信部
３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ 制御部
１００ コンピュータ
１０１ プロセッサ
ｅ 誤差
ｅＢＴ 高周波成分
ｅＥＣ 低周波成分
ｅｓｕｍ 積算誤差
ｅｖ 誤差
Ｓｔ 目標軌道
Ｓｒ 積算値
ｕ 指令値（第３指令値）
ｕＢＴ 指令値（第２指令値）
ｕＥＣ 指令値（第１指令値）
ｖ 残量
ｖｒｅｆ 目標値
ｙＢＴ 充放電電力
ｙＥＣ 消費電力
ｙＬＤ 消費電力
ｙＮＥＴ 測定値
ｙＰＶ 発電電力
ｙｒｅｆ 目標値（電力目標値）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】