(57)【要約】【課題】相反する目的を達成するように、再生可能エネルギー発電装置における発電電力の利用調整が可能な水素製造システムの制御装置、及び水素製造システムの制御方法を提供する。【解決手段】本実施形態によれば、水素製造システムの制御装置は、第１電力の目標とする第１目標入力電力と、目標水素製造量、及び第２電力の目標とする第２目標入力電力の少なくとも一方と、に対するそれぞれの重みパラメータを定める決定部と、第１電力の入力電力と、水素製造量、及び第２電力の入力電力の少なくとも一方とを、それぞれに対応する重みパラメータが大きくなるに従い優先的に演算し、入力電力を示す第１電力入力指示値を演算する演算部と、第１電力入力指示値の情報を含む指令信号を出力する出力部と、を備え、決定部は、水素製造システムの水素製造量に関する物理量の変化に応じて重みパラメータを変更する。【選択図】図２
2020198686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能エネルギー発電装置が発電する第１電力と、電力系統から供給される第２電力とにより水素を製造する水素製造システムの制御装置であって、
前記第１電力の前記水素製造システム内の水素製造装置への目標とする入力電力である第１目標入力電力と、前記水素製造装置の目標とする水素製造量である目標水素製造量、及び第２電力の前記水素製造装置への目標とする入力電力である第２目標入力電力の少なくとも一方と、に対するそれぞれの重みパラメータを定める決定部と、
前記第１電力の入力電力と、前記水素製造量、及び前記第２電力の入力電力の少なくとも一方とを、前記第１目標入力電力、前記目標水素製造量、及び前記第２目標入力電力の内の対応するいずれかに近づくように、それぞれに対応する前記重みパラメータが大きくなるに従い優先的に演算し、少なくとも前記第１電力の前記水素製造システムへの入力電力を示す第１電力入力指示値を演算する演算部と、
前記第１電力入力指示値の情報を含む指令信号を前記水素製造システムに出力する出力部と、
を備え、
前記決定部は、前記水素製造装置の水素製造量に関する物理量の変化に応じて前記重みパラメータを変更する、水素製造システムの制御装置。
【請求項２】
前記決定部は、前記水素製造システムの実際の前記水素製造量、制御期間内の経過時間、及び前記第１電力における入力電力の積算値の内の少なくともいずれかに応じて、前記重みパラメータを変更する、請求項１に記載の水素製造システムの制御装置。
【請求項３】
前記決定部は、前記目標水素製造量と、前記水素製造システムの実際の水素製造量との誤差の大きさに応じて、前記重みパラメータを変更する、請求項１又は２に記載の水素製造システムの制御装置。
【請求項４】
前記決定部は、前記目標水素製造量よりも前記水素製造システムの実際の水素製造量が少ない場合に、前記第１電力の入力電力よりも前記水素製造量を優先するように前記重みパラメータを決定し、
前記目標水素製造量よりも前記水素製造システムの実際の水素製造量が多い場合に、前記水素製造量よりも前記第１電力の入力電力を優先するように前記重みパラメータを決定する、請求項３に記載の水素製造システムの制御装置。
【請求項５】
前記決定部は、前記第２電力の前記水素製造システムへの入力電力量が設定された需給バランス時間帯に応じて、前記重みパラメータを変更する、請求項１又は２に記載の水素製造システムの制御装置。
【請求項６】
前記決定部は、前記需給バランス時間帯内の前側の時間帯において前記第２電力の入力電力よりも前記水素製造量を優先し、前記需給バランス時間帯内の前記前側よりも後側の時間帯において前記水素製造量よりも前記第２電力の入力電力を優先する前記重みパラメータを決定する、請求項５に記載の水素製造システムの制御装置。
【請求項７】
前記決定部は、前記需給バランス時間帯の場合に、前記需給バランス時間帯内の開始時から経過時までの前記第１電力の入力電力の積算値が、所定の閾値に近づくほど、前記第１電力の入力電力よりも前記水素製造量をより優先する前記重みパラメータに変更する、請求項５に記載の水素製造システムの制御装置。
【請求項８】
前記決定部は、前記需給バランス時間帯において、前記所定の閾値に近づくにしたがい前記重みパラメータの内の前記第１電力に関連する重みパラメータを減少させる、請求項７に記載の水素製造システムの制御装置。
【請求項９】
前記水素製造装置の実際の水素製造量と前記目標水素製造量との差分である第１差分値、前記第１電力と前記第１目標入力電力との差分である第２差分値、及び前記前記水素製造装置への入力電力から前記第１電力の入力電力を減算した値と前記第２目標入力電力との差分である第３差分値、に基づく評価関数を記憶する記憶部を更に備え、
前記決定部は、前記評価関数内の第１差分値に基づく値の第１重み係数、第２差分値に基づく値の第２重み係数、及び第３差分値に基づく値の第３重み係数内の、前記第１重み係数、前記第２重み係数、前記第３重み係数を前記重みパラメータとして決定し、
前記演算部は、前記決定部で決定した前記第１重み係数、前記第２重み係数、及び３重み係数に基づき、前記水素製造装置の水素製造量に相関する水素製造装置入力電力指示値と、前記第１電力入力指示値を前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力を調整する前記水素製造システム内のパワーコンディショナへの出力電力指令値とを演算する、請求項１に記載の水素製造システムの制御装置。
【請求項１０】
前記評価関数の第３差分値は、前記電力系統への逆潮流を防止する作用を有する、請求項９に記載の水素製造システムの制御装置。
【請求項１１】
前記演算部は、前記評価関数を用いて、モデル予測制御又は最適レギュレータ制御により演算処理を行う請求項９又は１０に記載の水素製造システムの制御装置。
【請求項１２】
前記第２電力の前記水素製造装置への入力電力量が設定された需給バランス時間帯において、
前記評価関数は、前記水素製造装置の受電電力から前記第１電力を減算した電力の積算量と、前記第２電力の設定された入力電力の積算量と、の第４差分値にも基づいており、
前記決定部は、前記第１重み係数、前記第２重み係数、前記第３重み係数、及び前記第４差分値に基づく値の第４重み係数を前記重みパラメータとして決定する、請求項９に記載の水素製造システムの制御装置。
【請求項１３】
前記需給バランス時間帯において、
前記決定部は、前記第１重み係数及び前記第３重み係数を０とする、請求項１２に記載の水素製造システムの制御装置。
【請求項１４】
再生可能エネルギー発電装置が発電する第１電力と、電力系統から供給される第２電力とにより水素を製造する水素製造システムの制御方法であって、
前記第１電力の前記水素製造システム内の水素製造装置への目標とする入力電力である第１目標入力電力と、前記水素製造システムの目標とする水素製造量である目標水素製造量、及び第２電力の前記水素製造装置への目標とする入力電力である第２目標入力電力の少なくとも一方と、に対するそれぞれの重みパラメータを定める決定工程と、
前記第１電力の入力電力と、前記水素製造量、及び前記第２電力の入力電力の少なくとも一方とを、前記第１目標入力電力、前記目標水素製造量、前記第２目標入力電力に近づくように、それぞれに対応する前記重みパラメータが大きくなるに従い優先的に演算し、少なくとも前記第１電力の前記水素製造システムへの入力電力を示す第１電力入力指示値を演算する演算工程と、
前記第１電力入力指示値の情報を含む指令信号を前記水素製造システムに出力する出力工程と、
を備え、
前記決定工程は、前記水素製造装置の水素製造量に関する物理量の変化に応じて前記重みパラメータを変更する、水素製造システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水素製造システムの制御装置、及び水素製造システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電量の変動が大きい再生可能エネルギー発電装置が発電する発電電力と、電力系統から供給される電力を用いて水素を製造、貯蔵する水素製造システムが知られている。また、電力系統から供給される電力の需給バランスを調整すると共に、水素需要を満す水素量を製造するエネルギー管理システムの開発が進められている。この水素製造システムの制御装置は、エネルギー管理システムからの需給バランスの要請を受け、これを達成するために各機器を適切に制御する必要がある。このように、水素製造システムの制御装置は、再生可能エネルギー発電装置の発電電力の変動への追従や、電力系統の需給バランスの調整が求められることから、より高い制御性能が必要とされる。
【０００３】
このような再生可能エネルギー発電装置を有する水素製造システムでは、前提として水素需要を担保する必要がある。一方で、再生可能エネルギー発電装置の発電電力量が大きい場合には余分に水素を製造するといった経済的な運転が求められる。ところが、水素製造量を目標値と一致させることと、再生可能エネルギー発電装置の発電電力で余分に水素を製造することとは相反する目的となってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６３５６６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、相反する目的を達成するように、再生可能エネルギー発電装置における発電電力の利用調整が可能な水素製造システムの制御装置、及び水素製造システムの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係る水素製造システムの制御装置は、再生可能エネルギー発電装置が発電する第１電力と、電力系統から供給される第２電力とにより水素を製造する水素製造システムの制御装置であって、前記第１電力の前記水素製造システム内の水素製造装置への目標とする入力電力である第１目標入力電力と、前記水素製造システムの目標とする水素製造量である目標水素製造量、及び第２電力の前記水素製造装置への目標とする入力電力である第２目標入力電力の少なくとも一方と、に対するそれぞれの重みパラメータを定める決定部と、前記第１電力の入力電力と、前記水素製造量、及び前記第２電力の入力電力の少なくとも一方とを、前記第１目標入力電力、前記目標水素製造量、及び前記第２目標入力電力の内の対応するいずれかに近づくように、それぞれに対応する前記重みパラメータが大きくなるに従い優先的に演算し、少なくとも前記第１電力の前記水素製造システムへの入力電力を示す第１電力入力指示値を演算する演算部と、前記第１電力入力指示値の情報を含む指令信号を水素製造システムに出力する出力部と、を備え、前記決定部は、前記水素製造装置の水素製造量に関する物理量の変化に応じて前記重みパラメータを変更する。
【発明の効果】
【０００７】
本実施形態によれば、相反する目的を達成するように、再生可能エネルギー発電装置における発電電力の利用調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】水素システムの構成を示すブロック図。
【図２】制御装置の構成を示すブロック図。
【図３】目標水素製造量をＰＣＳ出力電力よりも優先させた場合の図。
【図４】重みパラメータｑ２を水素製造量誤差に応じて変更する例を示す図。
【図５】重みパラメータｑ１、ｑ２の相対的な割合を水素製造量誤差に応じて変更した例を示す図。
【図６】制御装置の処理例を示すフローチャート。
【図７】第２実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図。
【図８】第３実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図。
【図９】ＰＶ発電電力の積算値と３０分ＰＶ発電電力量信頼区間の±１σ信頼区間とを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態に係る水素製造システムの制御装置、及び水素製造システムの制御方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
（第１実施形態）
【００１０】
図１は、第１実施形態に係る水素システム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システム１は、水素を生成するシステムであり、水素製造システム１０と、エネルギー管理システム２０と、制御装置３０とを備えて構成されている。図１では、更に電力系統Ｅｐｓが図示されている。この電力系統Ｅｐｓは、一般に電力会社に管理される。
【００１１】
水素製造システム１０は、水素製造システム１０内の再生可能エネルギー発電装置１０ａが生成するＰＶ発電電力と、電力系統Ｅｐｓから供給される受電電力とにより水素を製造する。すなわち、この水素製造システム１０は、再生可能エネルギー発電装置１０ａ、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）１０ｂ、水素製造装置１０ｃ、水素貯蔵装置１０ｄを備える。なお、本実施形態に係るＰＶ発電電力が第１電力に対応し、受電電力が第２電力に対応する。また、水素製造システム１０の詳細は後述する。
【００１２】
エネルギー管理システム２０は、水素製造システム１０の運転計画を作成する。運用計画は、例えば１日を３０分単位で分割した４８コマの計画である。なお、１日を３０分単位で分割したときの単位を“コマ”と呼ぶこととする。
【００１３】
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、水素製造システム１０を制御する。この制御装置３０は、例えば水素製造装置１０ｃとパワーコンディショナ１０ｂとを制御しており、それぞれに対する指示値を出力する。なお、制御装置３０の詳細は後述する。
【００１４】
水素負荷ＨＲは水素を消費する装置である。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。
【００１５】
ここで、水素製造システム１０の詳細を説明する。図１に示すように、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。
【００１６】
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ＰＶ発電電力を所定の出力電力に変換する。より具体的には、パワーコンディショナ１０ｂは、制御装置３０から入力された出力電力の情報を含む指令信号に従い、ＰＶ発電電力の大きさを調整したＰＣＳ出力電力を水素製造装置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ＰＣＳ出力電力の大きさはＰＶ発電電力以下に調整される。さらに、再生可能エネルギーの導入が進み、電力系統Ｅｐｓ内の需給バランスが崩れる恐れがあるときは、再生可能エネルギーを売電、すなわち、電力系統Ｅｐｓへの逆潮流ができないことが考えられる。このため、以下では、パワーコンディショナ１０ｂを制御して再生可能エネルギーを逆潮流させない運転を行うこととする。
【００１７】
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、生成した水素を、水素貯蔵装置１０ｄに蓄える。
【００１８】
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。
【００１９】
図２は、制御装置３０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置３０は、インターフェース部３０ａと、モデル記憶部３０ｂと、パラメータ決定部３０ｃと、指令値演算部３０ｄと、指令値出力部３０ｅと、を有する。インターフェース部３０ａ、パラメータ決定部３０ｃ、指令値演算部３０ｄ、及び指令値出力部３０ｅの各処理部は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等の回路を含むハードウェアにより構成される。
【００２０】
インターフェース部３０ａは、エネルギー管理システム２０から計画値として、水素製造装置１０ｃの目標とする水素製造量である水素製造量目標値を目標水素製造量として取得する。上述のように、運転計画は１日を３０分単位で分割した４８コマとなるため、目標水素製造量も３０分単位で変化する。また、インターフェース部３０ａは、水素製造システム１０から現在値として、受電電力、ＰＶ発電電力、ＰＣＳ出力電力、水素製造量を取得する。
【００２１】
モデル記憶部３０ｂ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。このモデル記憶部３０ｂは、制御対象となる水素製造装置１０ｃおよびパワーコンディショナ１０ｂのモデルを記憶する。このモデルは、例えば一次遅れ系やむだ時間などの各装置の動特性を表す。また、モデル記憶部３０ｂは、後述する指令値演算部３０ｄで用いる評価関数を記憶する。さらに、モデル記憶部３０ｂは、再生可能エネルギー発電装置１０ａの発電予測モデルを記憶する。発電予測モデルは、例えばＡＲモデル（Ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ  Ｍｏｄｅｌ：自己回帰モデル）であり、再生可能エネルギー発電装置１０ａのＰＶ発電電力を予測する。
【００２２】
パラメータ決定部３０ｃは、水素製造システム１０の制御パラメータを決定する。ここで、制御パラメータとは、例えばモデル記憶部で記憶している評価関数における重みパラメータである。すなわち、このパラメータ決定部３０ｃは、再生可能エネルギー発電装置１０ａのＰＶ発電電力の水素製造装置１０への目標とする入力電力である第１目標入力電力と、水素製造システム１０の目標とする水素製造量である目標水素製造量、及び、電力系統Ｅｐｓから供給される受電電力の水素製造装置１０への目標とする入力電力である第２目標入力電力の少なくとも一方と、に対する重みパラメータを定める。また、パラメータ決定部３０ｃは、水素製造装置１０の水素製造量に関する物理量に応じて、重みパラメータを変更する。例えば、パラメータ決定部３０ｃは、水素製造装置１０の実際の水素製造量、制御期間内の経過時間、及びＰＶ発電電力における水素製造システム１０への入力電力の積算値の内の少なくともいずれかに応じて、重みパラメータを変更する。なお、本実施形態に係るパラメータ決定部３０ｃが決定部に対応する。また、パラメータ決定部３０ｃの詳細は後述する。
【００２３】
指令値演算部３０ｄは、パラメータ決定部３０ｃにより決定された制御パラメータとモデル記憶部３０ｂに記憶されるモデルを用いて、パワーコンディショナ１０ｂから水素製造装置１０への入力電力の指示値であるＰＣＳ出力電力指示値（第１電力入力指示値）と、水素製造装置１０ｃへの全体の入力電力の指示値である水素製造装置入力電力指示値を演算する。例えば、指令値演算部３０ｄは、ＰＣＳ出力電力（第１電力）の入力電力と、水素製造量、及び、第２電力の入力電力の少なくとも一方とを、それぞれに対応する重みパラメータが大きくなるに従い優先的に演算し、少なくともＰＶ発電電力のパワーコンディショナ１０ｂから水素製造システム１０への入力電力を示すＰＣＳ出力電力指示値を演算する。また、水素製造装置入力電力には、ＰＣＳ出力電力と受電電力とが含まれる。すなわち、水素製造装置１０ｃへの全体の入力電力は、パワーコンディショナ１０ｂから水素製造装置１０への入力電力であるＰＣＳ出力電力と、電力系統Ｅｐｓから供給される受電電力との加算値となる。換言すると、水素製造装置１０ｃへの全体の入力電力からパワーコンディショナ１０ｂから水素製造装置１０への入力電力であるＰＣＳ出力電力を減算した値が電力系統Ｅｐｓから供給される受電電力となる。
【００２４】
また、水素製造システム１０では、水素製造装置入力電力とＰＣＳ出力電力を操作して、目標値を満たすように水素製造量を制御し、逆潮流しないように受電電力を制御する必要がある。さらにまた、水素製造システム１０では、経済的な運転が求められるために、ＰＶ発電電力を利用（ＰＣＳ出力電力をＰＶ発電電力に近づける）することが求められる。つまり、水素製造システム１０は、多入力多出力制御系となる。このため、指令値演算部３０ｄでは、指令値を決定する際に、例えばモデル予測制御や最適レギュレータにより指令値を演算する。なお、本実施形態に係る指令値演算部３０ｄが演算部に対応する。
【００２５】
指令値出力部３０ｅは、指令値演算部３０ｄで演算した水素製造装置１０ｃの水素製造量に相関する水素製造装置入力電力指示値を水素製造装置１０ｃに出力し、ＰＣＳ出力電力指示値をパワーコンディショナ１０ｂに出力する。なお、本実施形態に係る指令値出力部３０ｅが出力部に対応する。
【００２６】
ここで、パラメータ決定部３０ｃにおける詳細について説明する。本実施形態では、指令値演算部３０ｄは、例えばモデル予測制御により指令値を演算する。このため、モデル記憶部における評価関数Ｊ（ｋ）は、例えば（１）式を用いる。
【数１】
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ｋは現在時刻であり、例えば秒を示す。Ｎは予測区間であり、例えば３０秒である。
【００２７】
Ｈ（ｋ）は水素製造装置１０ｃの実際の水素製造量であり、ＳＶ＿Ｈ（ｋ）は、水素製造装置１０ｃの目標水素製造量である。また、ＰＶ（ｋ）は再生可能エネルギー発電装置１０ａにおける発電電力の予測値であるＰＶ発電電力であり、ＰＣＳ（ｋ）はパワーコンディショナ１０ｂにおける出力電力であるＰＣＳ出力電力である。さらにまた、ＥＣ（ｋ）は水素製造装置入力電力、ＡＵＸ（ｋ）は水素製造装置入力電力を除いた水素製造システム１０への全ての入力電力（以下では、「その他電力」と呼ぶこととする）である。ＳＶ＿Ｅ（ｋ）は逆潮流をしないためにマージンをとった第２電力の受電電力目標値である。また、ｑ１、ｑ２、ｑ３のそれぞれは重み係数であり、パラメータ決定部で決定するそれぞれの重みパラメータに対応する。なお、本実施形態に係るＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）が第１目標入力電力に対応し、第２電力の受電電力目標値ＳＶ＿Ｅ（ｋ）が第２目標入力電力に対応する。
【００２８】
ここで、水素製造量Ｈ（ｋ）と水素製造装置入力電力ＥＣ（ｋ）には、例えばＨ（ｋ）＝ｆ（ＥＣ（ｋ））の関係がある。すなわち、水素製造装置入力電力ＥＣ（ｋ）は、水素製造装置１０ｃの水素製造量Ｈ（ｋ）に相関する。Ｈ（ｋ）＝ｆ（ＥＣ（ｋ））の関係は、モデルとしてモデル記憶部３０ｂに記憶されている。
【００２９】
（１）式の第１項、すなわちｑ１の項は、水素製造量Ｈ（ｋ）を目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）と一致させるように作用する項である。第２項、すなわちｑ２の項は、ＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）をＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）と一致させる項である。つまり、再生可能エネルギー発電装置１０ａのＰＶ発電電力を有効的に用いるように作用する項である。
【００３０】
第３項、すなわちｑ３の項は、逆潮流を防止する項である。例えばＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）が増加する場合には、評価関数Ｊ（ｋ）は、第２項によりＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）とＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）とを一致させるように作用する。これにより、評価関数Ｊ（ｋ）は、第３項のＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）が増加した変化分に対して、水素製造装置入力電力ＥＣ（ｋ）と水素製造量Ｈ（ｋ）とを増加せるように作用する。
【００３１】
一方で、評価関数Ｊ（ｋ）は、水素製造量Ｈ（ｋ）が目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）より大きくなった場合には、第１項により水素製造量Ｈ（ｋ）を減少するように作用する。つまり、第１項と第２項による影響が相反する動作となる。このため、重みパラメータの設定によっては、第１項と第２項とのどちらかの目的を達成できない可能性が生じてしまう。このように、重みパラメータｑ１、ｑ２、ｑ３の値により、目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）、ＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）、第２電力の受電電力目標値ＳＶ＿Ｅ（ｋ）のいずれかが優先的に処理される。
【００３２】
図３は、目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）をＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）よりも優先させた場合の図である。縦軸は電力と水素製造量を示し、横軸は経過時間を示している。ここで、重みパラメータｑ１＝１．０、ｑ２＝０．１、ｑ３＝１．０である。すなわち、重みパラメータｑ１をｑ２よりも相対的に優先させた場合である。これにより、水素製造量Ｈ（ｋ）と目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）と一致させることが、予測値であるＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）とＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）と一致させることよりも優先される。この場合、枠３００内に示すように、ＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）の予測値通りに実際のＰＶ発電電力が増加し、余剰量が発生する。しかし、水素製造量Ｈ（ｋ）と目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）と一致させることを重視するため、ＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）が増加せず、結果として水素製造装置入力電力ＥＣ（ｋ）も増加しない。
【００３３】
ここで、PV発電電力ＰＶ（ｋ）の余剰量を利用して水素を製造することは、電力系統ＥＰｓから電気を購入していないため、目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）より多めに製造することは問題ないと考えられる。水素製造量Ｈ（ｋ）が目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）との誤差が大きくなるとしても、実際のPV発電電力ＰＶ（ｋ）が多いときは余剰量を利用して積極的に水素を製造することで、PV発電電力ＰＶ（ｋ）が少ないときに電力系統ＥＰｓから電気を購入する必要がなくなる。ただし、PV発電電力ＰＶ（ｋ）の有効利用を重視してq2を常に大きくすると、PV発電電力ＰＶ（ｋ）が少ないときに水素製造量Ｈ（ｋ）の目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）への追従性能が悪化する。このため、本実施形態では、図４に示すように水素製造量Ｈ（ｋ）に応じて、重みパラメータｑ１と、ｑ２との相対的な割合を変更させる。
【００３４】
図４は、重みパラメータｑ２を水素製造量誤差（Ｈ（ｋ＋ｊ）−ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ））／ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ）に応じて変更する例を示す図である。縦軸が重みパラメータｑ２を示し、横軸が水素製造量誤差（Ｈ（ｋ＋ｊ）−ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ））／ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ）を示す。図４に示すように、パラメータ決定部３０ｃは、水素製造量誤差（Ｈ（ｋ＋ｊ）−ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ））／ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ）に応じて重みパラメータｑ２と重みパラメータｑ１の相対的な割合を変更する。すなわち、このパラメータ決定部３０ｃは、水素製造量誤差がプラスになると重みパラメータｑ２の値を増加させる。これにより、水素製造量誤差がプラスになると評価関数Ｊ（ｋ）の第２項によりＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）とＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）とを一致させる作用がより強く働く。評価関数ｊ（ｋ）において、重みパラメータｑ２を増加させる代わりに重みパラメータｑ１を相対的に減少させてもよい。すなわち、重みパラメータｑ２と重みパラメータｑ１の比であるｑ２／ｑ１を増加させると、ＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）とＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）とを一致させる作用がより強く働く。
【００３５】
図５は、重みパラメータｑ１と、ｑ２との相対的な割合を水素製造量誤差（Ｈ（ｋ＋ｊ）−ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ））／ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ）に応じて変更した例を示す図である。水素製造量誤差（Ｈ（ｋ＋ｊ）−ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ））／ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ）がマイナスの範囲で、重みパラメータｑ１＝１．０、ｑ２＝０．１、ｑ３＝１．０であり、プラスの範囲で、重みパラメータｑ１＝１．０、ｑ２＝１０．０、ｑ３＝１．０である。
【００３６】
図４及び図５に示すように、パラメータ決定部３０ｃは、水素製造量Ｈ（ｋ）に応じて、重みパラメータｑ１と、ｑ２との相対的な割合を変更させる。例えば、パラメータ決定部３０ｃは、重みパラメータｑ２とｑ１の比率を変更させる。より具体的には、パラメータ決定部３０ｃは、目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）よりも水素製造システム１０の実際の水素製造量Ｈ（ｋ）が少ない場合に、パワーコンディショナ１０ｂにおける出力電力であるＰＣＳ出力電力（第１電力の入力電力）よりも水素製造量Ｈ（ｋ）を優先するように重みパラメータｑ１と、ｑ２とを決定し、目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）よりも水素製造システム１０の実際の水素製造量がＨ（ｋ）多い場合に、水素製造量Ｈ（ｋ）よりもＰＣＳ出力電力（第１電力の入力電力）を優先するように重みパラメータを決定する。例えば、パラメータ決定部３０ｃは、水素製造量誤差（Ｈ（ｋ＋ｊ）−ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ））／ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ）がマイナス、すなわち水素製造量Ｈ（ｋ）が不足しているときは、重みパラメータｑ２の割合を相対的に小さくする。これにより、水素製造量Ｈ（ｋ）が目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）と一致することがより重視される。一方で、パラメータ決定部３０ｃは、水素製造量誤差がプラス、すなわち水素製造量Ｈ（ｋ）が余剰しているときは、重みパラメータｑ２の割合を相対的に大きくする。これにより、ＰＶ発電電力の有効利用を重視し、水素製造装置入力電力ＥＣ（ｋ）をより大きくする。このように、水素製造量Ｈ（ｋ）に応じて制御性能に影響する重みパラメータを変更することで、相反する２つの目的を達成することが可能となる。  
【００３７】
（１）式では、第２項においてＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）用いているが、ＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）の代わりに、（２）式に示すように、現在の実際のＰＶ発電電力ＰＶｒ（ｋ）を用いてもよい。
【数２】
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第２項は、ＰＶ発電電力ＰＶｒ（ｋ）の余剰量がある場合に、ＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）を少なくとも現在のＰＶ発電電力ＰＶｒ（ｋ）まで一致させるように作用する。（１）式と比べると、再生可能エネルギー発電装置１０ａのＰＶ有効利用の効果が低下する可能性はあるが、短期の変動を予測するのが難しい再生可能エネルギー発電装置１０ａのＰＶ発電電力予測が不要となる。
【００３８】
図６は、制御装置３０の処理例を示すフローチャートである。図６に示すように、先ず、モデル記憶部３０ｂは、指令値演算部３０ｄにおける演算に使用する評価関数と、モデルを記憶する（ステップＳ１００）。これらの評価関数と、モデルは、例えばインターフェース部３０ａを介して不図示の中央演算処理装置から入力される。
【００３９】
次に、インターフェース部３０ａは、エネルギー管理システム２０から４８コマ分、すなわち１日分の水素製造目標値として、目標水素製造量を取得する（ステップＳ１０２）。続けて、インターフェース部３０ａは、水素製造システム１０から、現在値として、受電電力ＳＶ＿Ｅ（ｋ）、ＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）、
ＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）、水素製造量Ｈ（ｋ）などを取得する（ステップＳ１０４）。
【００４０】
次に、パラメータ決定部３０ｃは、水素製造量誤差（Ｈ（ｋ＋ｊ）−ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ））／ＳＶ＿Ｈ（ｋ＋ｊ）に応じて重みパラメータｑ２と重みパラメータｑ１の相対的な割合を決定する（ステップＳ１０６）。  
【００４１】
次に、指令値演算部３０ｄは、パラメータ決定部３０ｃにより決定された重みパラメータｑ２と重みパラメータｑ１とモデル記憶部３０ｂに記憶されるモデルを用いて、評価関数Ｊ（ｋ）によりＰＣＳ出力電力指示値ＰＣＳ（ｋ）と、水素製造装置１０ｃへの入力電力である水素製造装置入力電力指示値ＥＣ（ｋ）を演算する（ステップＳ１０８）。
【００４２】
次に、指令値出力部３０ｅは、ＰＣＳ出力電力指示値ＰＣＳ（ｋ）をパワーコンディショナ１０ｂに、水素製造装置入力電力指示値ＥＣ（ｋ）を水素製造装置１０ｃに出力する（ステップＳ１１０）。指令値出力部３０ｅは、一コマが終了したか否かを判定し（ステップＳ１１２）、終了していない場合（ステップＳ１１２のＮＯ）、ステップＳ１０４からの処理を繰り返す。一方で終了している場合（ステップＳ１１４のＹＥＳ）、指令値出力部３０ｅは、２４コマ終了したか否かを判定し（ステップＳ１１４）  終了していない場合（ステップＳ１１４のＮＯ）、ステップＳ１０２からの処理を繰り返す。一方で終了している場合（ステップＳ１１６のＹＥＳ）、全体処理を終了する。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、パラメータ決定部３０ｃが、目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）よりも水素製造装置１０の実際の水素製造量Ｈ（ｋ）が少ない場合に、ＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）の出力電力よりも水素製造量Ｈ（ｋ）を優先するように重みパラメータｑ１、ｑ２、ｑ３を決定し、目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）よりも水素製造装置１０の実際の水素製造量Ｈ（ｋ）が多い場合に、水素製造量Ｈ（ｋ）よりもＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）の出力電力を優先するように重みパラメータｑ１、ｑ２、ｑ３決定することとした。これにより、水素製造量Ｈ（ｋ）が少ない場合に、水素製造量Ｈ（ｋ）を優先するので、水素製造量Ｈ（ｋ）を目標水素製造量ＳＶ＿Ｈ（ｋ）に近づけることが可能となり、水素製造量Ｈ（ｋ）が多い場合に、ＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（ｋ）の出力電力を優先するので、再生可能エネルギー発電装置１０ａの余剰電力を利用可能となる。このように、水素製造量Ｈ（ｋ）に応じて重みパラメータを変更することで、相反する２つの目的を達成するように、再生可能エネルギー発電装置におけるＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）の利用調整を行うことができる。
【００４４】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る制御装置３０は、エネルギー管理システム２０からの需給バランスの要請として、３０分単位の受電電力量を調整するデマンドレスポンス（ＤＲ）を受ける点で第１実施形態に係る水素製造システム１０の制御装置３０と相違する。以下では、第１実施形態と相違する点を説明する。本実施形態では、ＤＲを受ける時間帯を需給バランス時間帯（以下ではＤＲ時間帯と呼ぶ場合がある）、ＤＲでない時間帯を通常時間帯として、それぞれの時間帯における制御装置３０の処理例について説明する。
【００４５】
図７は、第２実施形態に係る制御装置３０の構成を示すブロック図である。図７に示すように、インターフェース部３０ａは、ＤＲ時間帯と受電電力量目標値とをエネルギー管理システム２０から更に取得する。モデル記憶部は、更にＤＲ時間帯における評価関数ＪＤＲ（k）を記憶する。
【００４６】
パラメータ決定部３０ｃは、通常時間帯においては実施例１と同様に（１）式で示す評価関数Ｊ（ｋ）を使用する。一方で、ＤＲ時間帯における評価関数ＪＤＲ（k）は、例えば（３）〜（５）式により表される。ＤＲバランス時間帯では、（５）式に示すように、第２電力の水素製造装置１０への入力電力量ＳＶ＿ＥＤＲ（ｋ）が設定される。すなわち、ＳＶ＿ＥＤＲ（ｋ）はＤＲ時間帯における受電電力である。
【数３】
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【数４】
2020198686.tif 000006
【数５】
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【００４７】
（３）式において、Ｇ（ｋ）は（４）式で示すように、受電電力の積算値である。また、ＳＶ＿Ｇ（ｋ）は（５）式で示すように、受電電力における積算値の目標値である。
【００４８】
パラメータ決定部３０ｃは、重みパラメータｑ１ＤＲ，ｑ２ＤＲを決定する。（３）式の第１項、すなわちｑ１ＤＲの項は、受電電力の積算量Ｇ（ｋ）を受電電力の積算量目標値ＳＶ＿Ｇ（ｋ）と一致させるように作用する項である。また、第２項、すなわちｑ２ＤＲの項は、ＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（k）をＰＶ発電電力推定値ＰＶ（k）と一致させるように作用する項である。すなわち、再生可能エネルギー発電装置１０ａのＰＶ発電電力ＰＶ（k）を有効的に用いるための項となる。
【００４９】
ここで、（３）式の第２項ではＰＶ発電電力の予測値ＰＶ（k）を利用している。例えば、ＰＶ発電電力の予測値ＰＶ（k）が増加するとき、実際のＰＶ発電電力が増加しなかった場合は、ＰＶ発電電力の予測誤差分の電力を電力系統から受電することとなり、受電電力の積算値Ｇ（ｋ）が増加する。  
【００５０】
また、例えば水素製造装置１０ｃの反応遅れが大きいとき、ＰＶ有効利用を重視してＰＣＳ出力電力ＰＣＳ（k）が実際のＰＶ発電電力と一致している場合を考える。このとき、ＰＶ発電電力が急激に減少すると、この変化に水素製造装置１０ｃの変化が追いつかない。このため、水素製造装置１０ｃには追加電力が必要となるが、ＰＣＳ出力電力に追加する電力が無いため、電力を電力系統から受電することとなり、受電電力の積算値Ｇ（ｋ）が増加する。
【００５１】
このように、ＤＲ時間帯においては、受電電力量ＳＶ＿Ｇ（ｋ）の目標値との一致と、ＰＶ発電電力ＰＶ（k）の有効利用とは、相反する作用が発生する。このため、重みパラメータの設定によって第１項と第２項のどちらかの目的を達成できない可能性がある。
【００５２】
本実施形態では、ＤＲ時間帯の経過時間に応じて重みパラメータを変更させることで相反する作用を緩和する。例えば、ＤＲ時間帯では３０分間の受電電力量量Ｇ（ｋ）を目標値と一致させればよいため、２５分経過前まではｑ２ＤＲを大きく設定しておき、２５分経過後はｑ２ＤＲを小さくすることで、残り５分において受電電力量Ｇ（ｋ）を目標値と一致させることを重視することが可能となる。或いは、２５分経過後のｑ１ＤＲを大きくしてもよい。
【００５３】
本実施形態では、通常時間帯は（１）式、ＤＲ時間帯は（２）式の評価関数を用いることしたが、これに限るものではない。例えば、通常時間帯とＤＲ時間帯で同じ評価関数を利用して、重みパラメータを変化させてもよい。この場合の評価関数を（６）式に示す。通常時間帯はｑ１ＤＲを０として、ＤＲ時間帯はｑ１，ｑ３を０として各指令値を演算する。  
【数６】
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【００５４】
以上のように、本実施例の形態によれば、ＤＲ時間帯において経過時間に応じてＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）に関する重みパラメータｑ２ＤＲを変更することとした。これにより、受電電力の積算値Ｇ（ｋ）をＤＲ時間帯における目標とする受電電力量ＳＶ＿Ｇ（ｋ）と一致させることと、ＰＶ発電電力ＰＶ（k）の有効利用という２つの相反する目的を達成することが可能となる。このように、ＤＲ時間帯において経過時間に応じてＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）に関する重みパラメータｑ２ＤＲを変更することで、相反する２つの目的を達成するように、再生可能エネルギー発電装置におけるＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）の利用調整を行うことができる。
【００５５】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る制御装置３０は、更に３０分ＰＶ発電電力量信頼区間の情報を用いて、制御処理する点で、第２実施形態に係る水素製造システム１０の制御装置３０と相違する。以下では、第２実施形態と相違する点を説明する。
【００５６】
図８は、第３実施形態に係る制御装置３０の構成を示すブロック図である。図８に示すように、インターフェース部３０ａは、３０分ＰＶ発電電力量予測値と、３０分ＰＶ発電電力量信頼区間とをエネルギー管理システム２０から更に取得する。ここで、３０分ＰＶ発電電力量信頼区間は、例えば、ＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）の積算値の確率分布を正規分布とした場合の、ＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）の積算値の平均値から±１σの範囲に対応する。
【００５７】
図９は、ＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）の積算値と３０分ＰＶ発電電力量信頼区間の±１σ信頼区間を示す図である。縦軸は、ＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）の積算電力量を示し、横軸は、経過時間を示している。発電量予測値は、３０分ＰＶ発電電力量予測値に対応している。
【００５８】
図９に示すように、パラメータ決定部３０ｃは、ＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）を積算し、積算電力量が信頼区間の−σの値に対応する閾値ＴＨ１に時刻ｔ１で達すると、時刻ｔ１よりも後の第２期間における重みパラメータｑ２ＤＲ（（３）式）を時刻ｔ１よりも前の第１期間よりも小さくする。或いは、パラメータ決定部３０ｃは、閾値ＴＨ１に積算電力量が近づくに従い、重みパラメータｑ２ＤＲを徐々に小さくしてもよい。さらに、パラメータ決定部３０ｃは、閾値ＴＨ１に時刻ｔ１で積算電力量が達すると、重みパラメータｑ２ＤＲを０にしてもよい。この場合、受電電力の積算値Ｇ（ｋ）を目標値に一致させることが可能となる。そして、時刻ｔ２に達するとＤＲ時間帯が終了する。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１電力の水素製造装置１０への目標とする入力電力であるＰＣＳ出力電力（第１電力の入力電力）に関する重みパラメータｑ２ＤＲをＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）の積算電力量が信頼区間の−σの値に対応する閾値ＴＨ１に到達すると、減少させる又は０にすることとした。これにより、ＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）をほぼ目的値に近い値で使用可能となると共に、受電電力の積算値Ｇ（ｋ）をＤＲ時間帯における目標とする受電電力量ＳＶ＿Ｇ（ｋ）にほぼ一致させることも可能となる。このため、受電電力の積算値Ｇ（ｋ）をＤＲ時間帯における目標とする受電電力量ＳＶ＿Ｇ（ｋ）への一致と、ＰＶ発電電力ＰＶ（k）の有効利用という２つの相反する目的を達成することが可能となる。このように、重みパラメータｑ２ＤＲをＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）の積算電力量が信頼区間の−σの値に対応する閾値ＴＨ１に到達すると、減少させる又は０にすることで、相反する２つの目的を達成するように、再生可能エネルギー発電装置におけるＰＶ発電電力ＰＶ（ｋ）の利用調整を行うことができる。
【００６０】
上述した実施形態で説明した水素製造システムの制御装置の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、制御装置および水素製造システムの少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【００６１】
また、水素製造システムの制御装置の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【００６２】
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。
【符号の説明】
【００６３】
１：水素システム、１０：水素製造システム、３０：制御装置、１０ａ：再生可能エネルギー発電装置、１０ｃ：水素製造装置、３０ｃ：パラメータ決定部、３０ｄ：指令値演算部、３０ｅ：指令値出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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