(57)【要約】【課題】初期費用の回収期間を効率よく短縮することができる中央管理装置を提供する。【解決手段】中央管理装置１０１において、通信Ｉ／Ｆ４０２は、電気機器の各々から送信される内部状態情報を取得し、テーブル記憶部４０５は、受信した内部状態情報を情報の送信先の電気機器と関連付けて記憶する。内部状態情報は、定常状態時における通電のオン・オフ周期の長さ及び定常状態を維持するために必要なオン許可期間の長さを示す情報を含む。制御部４０１は、テーブル記憶部４０５に記憶される内部状態情報に基づいて、通電のオン・オフ周期の長さの等しい電気機器をグループ化し、当該グループの電気機器の合計消費電力が少ない期間を設けられるように、グループに属する電気機器の各々における通電の動作タイミングを決定する。通信Ｉ／Ｆ４０２は、電気機器の各々に対し、決定された動作タイミングを示す指令信号を送信する。【選択図】  図３
2012023824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々、電力消費が周期的に変化する１以上の電気機器と、自家発電装置と、前記電気機器の動作タイミングを管理する中央管理装置とを含む自家発電システムであって、
前記中央管理装置は、
前記１以上の電気機器のうち、電力消費の周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出手段と、
前記抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の合計消費電力が少ない期間を設けられるように、当該グループに属する各電気機器の動作タイミングを決定することにより、前記自家発電装置による発電電力量のうち、前記１以上の電気機器に供給される自給電力量を調整し、余剰電力量を増大させるための積極的売電手段とを含む、自家発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の自家発電システムであって、
前記中央管理装置はさらに、
前記抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の消費電力が平準化するように、当該グループに属する電気機器の動作タイミングを決定することにより、消費電力ピークを抑圧するためのピーク電力抑圧手段と、
売電単価が買電単価より高いか否かにより、前記積極的売電手段と前記ピーク電力抑圧手段とを切替えて動作させるための切替手段とを含む、自家発電システム。
【請求項３】
１以上の電気機器と、自家発電装置とを含む自家発電システムで使用される中央管理装置であって、
前記１以上の電気機器のうち、電力消費の周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出手段と、
前記抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の合計消費電力が少ない期間を設けられるように、当該グループに属する前記電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、前記自家発電装置による発電電力量のうち、前記１以上の電気機器に供給される自給電力量を調整し、余剰電力量を増大させるための積極的売電手段とを含む、中央管理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の中央管理装置であって、
前記積極的売電手段は、前記抽出手段により抽出された電気機器について、前記周期内において、余剰電力量を極大化させるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を当該電気機器の動作の周期内に配置するための手段を含む、中央管理装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の中央管理装置であって、さらに、
前記抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の消費電力が平準化するように、当該グループに属する電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、消費電力のピークを抑圧するためのピーク電力抑圧手段と、
売電単価が買電単価より高いか否かにより、前記積極的売電手段と前記ピーク電力抑圧手段とを切替えて動作させるための切替手段とを含む、中央管理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の中央管理装置であって、前記ピーク電力抑圧手段は、前記抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器について、当該グループに属する電気機器の周期内において、当該グループに属する電気機器の消費電力を平準化させるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を当該電気機器の動作の周期内に配置するための手段を含む、中央管理装置。
【請求項７】
１以上の電気機器と、自家発電装置とを含む自家発電システムで使用される中央管理装置によって、１以上の電気機器の動作を制御する方法であって、
前記中央管理装置は、
前記１以上の電気機器のうち、電力消費の周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出手段と、
前記抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の合計消費電力が少ない期間を設けられるように、当該グループに属する前記電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、前記自家発電装置による発電電力量のうち、前記１以上の電気機器に供給される自給電力量を調整し、余剰電力量を増大させるための積極的売電手段とを含み、
前記方法は、
前記抽出手段により、前記１以上の電気機器のうち、電力消費の周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するステップと、
前記積極的売電手段により、前記抽出するステップ手段において抽出されたグループに属する電気機器の合計消費電力が少ない期間を設けられるように、当該グループに属する電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、前記自家発電装置による発電電力量のうち、前記１以上の電気機器に供給される自給電力量を調整し、余剰電力量を増大させるステップとを含む、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記中央管理装置は、さらに、
前記抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の消費電力が平準化するように、当該グループに属する電気機器がオンとなる期間を決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、消費電力のピークを抑圧するためのピーク電力抑圧手段と、
売電単価が買電単価より高いか否かにより、前記積極的売電手段と前記ピーク電力抑圧手段とを切替えて動作させるための切替手段とを含み、
前記方法はさらに、
前記ピーク電力抑圧手段により、前記抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の消費電力が平準化するように、当該グループに属する電気機器がオンとなる期間を決定し、当該グループに属する電気機器に通知するステップと、
前記切替手段により、売電単価が買電単価より高いか否かにより、前記積極的売電手段と前記ピーク電力抑圧手段とを切替えて動作させるステップとを含む、方法。
【請求項９】
１以上の電気機器及び自家発電装置を含む自家発電システムにおいて、前記１以上の電気機器と通信可能な通信装置を有するコンピュータにより実行されると、当該コンピュータを、
前記１以上の電気機器のうち、電力消費の周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出手段と、
前記抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の合計消費電力が少ない期間を設けられるように、当該グループに属する前記電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、前記自家発電装置による発電電力量のうち、前記１以上の電気機器に供給される自給電力量を調整し、余剰電力量を増大させるための積極的売電手段として機能させる、コンピュータプログラム。
【請求項１０】
前記コンピュータプログラムはさらに、前記コンピュータを、
前記抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の消費電力が平準化するように、当該グループに属する電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、消費電力のピークを抑圧するためのピーク電力抑圧手段と、
売電単価が買電単価より高いか否かにより、前記積極的売電手段と前記ピーク電力抑圧手段とを切替えて動作させるための切替手段として機能させる、請求項９に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載のコンピュータプログラムを記録した、コンピュータ読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムに含まれる中央管理装置に関し、特には、少なくとも１つの電気機器の通電のオン・オフを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電システムを導入する個人及び事業主が増えている。太陽光発電は、自然エネルギーを利用できるという利点、及び、一般家庭用住宅の屋根等の空きスペースを利用できるという利点がある一方、初期費用が高額になるという問題がある。
【０００３】
日本政府は、太陽光発電システムをさらに普及させるために、補助金制度及び太陽光発電電力の買取制度を導入している。補助金制度とは、初期費用の一部を国及び地方自治体が負担するものである。太陽光発電電力の買取制度とは、太陽光発電電力から自家消費電力を除いた余剰電力を電力会社に買取らせるものである。
【０００４】
近年、この買取制度の改正が行なわれ、太陽光発電電力の売電価格が約２倍に引上げられている。非特許文献１には、一般家庭に太陽光発電システムを導入した場合のモデルケースの試算が開示されている。非特許文献１によれば、上記した買取制度の改正によって、従来では２０年以上を要していた初期費用の回収期間が、１０年程度にまで短縮される。初期費用の回収期間をさらに短縮することができれば、太陽光発電システムはより一層普及すると考えられる。
【０００５】
初期費用の回収期間を短縮するための技術として、例えば、後掲の特許文献１には、商用電力系統に対して電力を逆潮流可能に設けられる自家発電機と、商用電力系統側のエネルギー情報と自家発電機側のエネルギー情報とを取得し、取得した情報に基づいて経済的に最も有利な運転モードになるように自家発電機を運転制御する運転モード決定装置及びコントローラと、を備える自家発電システムが開示されている。
【０００６】
また後掲の特許文献２には、発電装置の発電量、並びに、各戸及び共有部の電力使用量を監視することで得られる発電量と総電力使用量とを比較し、この比較によって得られるマンション全体の電力需給状況を各戸に対して通知するとともに、状況に応じた節電を各戸に促すことで、発電装置を共有する複数戸の電力管理を総合的に実行する電力管理システムが開示されている。
【０００７】
また後掲の特許文献３には、幹線ブレーカに流れる電流を取得し、取得した電流値及び電流値の変化に基づいて幹線の電流値を予測し、予測電流値に応じた運転指令を各戸の電気機器へ送信することによって、集合住宅における各戸間の電力負荷を協調制御してピーク電力を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−４２４７２号公報
【特許文献２】特許第３９８０９８０号
【特許文献３】特開２００５−３１２２１０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】“今こそ太陽光発電”、経済産業ジャーナル  平成２１年９・１０月号、［ｏｎｌｉｎｅ］、経済産業省、［平成２２年  ２月１２日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｔｉ．ｇｏ．ｊｐ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ／ｄａｔａ／２００９＿０９．ｈｔｍｌ〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の技術は、ガスまたは石油などの自家発電システムであって、発電量を自ら制御できるものである。太陽光発電システムはこれらと異なり、発電量を自ら制御することはできない。したがって、特許文献１に記載の技術を太陽光発電システムに適用することはできない。
【００１１】
特許文献２に記載の技術は、監視・制御部が各世帯に対して節電依頼を通知する。しかし、実際に節電するのは各世帯の住人である。住人が通知に気が付かなければ節電されることはない。住人が通知に気が付いたとしても、節電に協力するかどうかはそのときの住人の行動による。快適さを重視する必要がある場合、節電依頼の通知を受け取っても節電に協力できないことがあるしないかもしれない。したがって、特許文献２に記載の技術で太陽光発電システムの初期費用の回収を有効に短縮化することは難しい。
【００１２】
特許文献３に記載の技術では、幹線電流制御指示器が、各戸の電力制御機能付き電気機器に対して制御命令を送信する。各電気機器は、この制御命令にしたがって、省エネルギー運転に移行するなどの所定の動作を行なう。したがって、自動的に節電を実現可能な仕組みは提案されているといえる。しかし、設定された空調温度を住人の意思と無関係に変更したり、対象機器をオフしたりすると、住人の快適さを損ねることにつながる。
【００１３】
可能であれば、快適さを犠牲にすることなく、電気機器を使い続けられるようにしながら、太陽光発電システムの初期投資額をなるべく短期で回収できるようにすることが望ましい。
【００１４】
本発明の目的は、電力を消費する電気機器を含む太陽光発電システムにおいて、そうした電気機器によりもたらされる快適さをできるだけ損なわずに太陽光発電システムの初期費用の回収期間を効率よく短縮できる中央管理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の局面に係る自家発電システムは、各々、電力消費が周期的に変化する１以上の電気機器と、自家発電装置と、電気機器の動作タイミングを管理する中央管理装置とを含む自家発電システムである。中央管理装置は、１以上の電気機器のうち、電力消費の周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出手段と、抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の合計消費電力が少ない期間を設けられるように、当該グループに属する電気機器の動作タイミングを決定することにより、自家発電装置による発電電力量のうち、１以上の電気機器に供給される自給電力量を調整し、余剰電力量を増大させるための積極的売電手段とを含む。
【００１６】
同一周期の電気機器の合計消費電力が少ない期間を設けられるよう、各電機機器の動作タイミングを決定することにより、電気機器の消費電力が小さくなる期間が長くなる。その間、自家発電装置の発電電力量のうちの余剰電力量が増大し、余剰電力量を積極的に売電できる。したがって、売電単価が買電単価より高いという条件のもとで、自家発電システムの電力収支を改善できる。
【００１７】
好ましくは、中央管理装置はさらに、抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の消費電力が平準化するように、当該グループに属する電気機器の動作タイミングを決定することにより、消費電力ピークを抑圧するためのピーク電力抑圧手段と、売電単価が買電単価より高いか否かにより、積極的売電手段とピーク電力抑圧手段とを切替えて動作させるための切替手段とを含む。
【００１８】
売電単価が買電単価より大きいときには自家発電装置の発電する電力を積極的に売電できる。売電単価が買電単価以下である場合には、ピーク電力抑圧手段によりピーク電力が平準化される。その結果、売電しても電力収支の改善が望めない場合には、自家発電システムのピーク電力を抑圧し、売電の効果があるときには積極的に売電を行なうことができ、自家発電システムの電力収支を改善できる。
【００１９】
本発明の第２の局面に係る中央管理装置は、１以上の電気機器と、自家発電装置とを含む自家発電システムで使用される中央管理装置である。この中央管理装置は、１以上の電気機器のうち、電力消費の周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出手段と、抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の合計消費電力が少ない期間を設けられるように、当該グループに属する電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、自家発電装置による発電電力量のうち、１以上の電気機器に供給される自給電力量を調整し、余剰電力量を増大させるための積極的売電手段とを含む。
【００２０】
好ましくは、積極的売電手段は、抽出手段により抽出された電気機器について、周期内において、余剰電力量を極大化させるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を当該電気機器の動作の周期内に配置するための手段を含む。
【００２１】
中央管理装置はさらに、抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の消費電力が平準化するように、当該グループに属する電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、消費電力のピークを抑圧するためのピーク電力抑圧手段と、売電単価が買電単価より高いか否かにより、積極的売電手段とピーク電力抑圧手段とを切替えて動作させるための切替手段とを含んでもよい。
【００２２】
好ましくは、ピーク電力抑圧手段は、抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器について、当該グループに属する電気機器の周期内において、当該グループに属する電気機器の消費電力を平準化させるように、各電器機器に対して電力供給を許可する期間を当該電気機器の動作の周期内に配置するための手段を含む。
【００２３】
本発明の第３の局面に係る方法は、１以上の電気機器と、自家発電装置とを含む自家発電システムで使用される中央管理装置を用いて電気機器を制御する方法である。中央管理装置は、１以上の電気機器のうち、電力消費の周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出手段と、抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の合計消費電力が少ない期間を設けられるように、当該グループに属する電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、自家発電装置による発電電力量のうち、１以上の電気機器に供給される自給電力量を調整し、余剰電力量を増大させるための積極的売電手段とを含む。この方法は、抽出手段により、１以上の電気機器のうち、電力消費の周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するステップと、積極的売電手段により、抽出するステップ手段において抽出されたグループに属する電気機器の合計消費電力が少ない期間を設けられるように、当該グループに属する前記電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、自家発電装置による発電電力量のうち、１以上の電気機器に供給される自給電力量を調整し、余剰電力量を増大させるステップとを含む。
【００２４】
好ましくは、中央管理装置は、さらに、抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の消費電力が平準化するように、当該グループに属する電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、消費電力のピークを抑圧するためのピーク電力抑圧手段と、売電単価が買電単価より高いか否かにより、積極的売電手段とピーク電力抑圧手段とを切替えて動作させるための切替手段とを含む。この方法はさらに、ピーク電力抑圧手段により、抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の消費電力が平準化するように、当該グループに属する電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知するステップと、切替手段により、売電単価が買電単価より高いか否かにより、積極的売電手段とピーク電力抑圧手段とを切替えて動作させるステップとを含む。
【００２５】
本発明の第４の局面に係るコンピュータプログラムは、１以上の電気機器と自家発電装置とを含む自家発電システムにおいて、１以上の電気機器と通信可能な通信装置を有するコンピュータにより実行される。このコンピュータプログラムは、当該コンピュータを、１以上の電気機器のうち、電力消費の周期が同一の電気機器からなるグループを抽出するための抽出手段と、抽出手段により抽出されたグループに属する電気機器の合計消費電力が少ない期間を設けられるように、当該グループに属する電気機器の動作タイミングを決定し、当該グループに属する電気機器に通知することにより、自家発電装置による発電電力量のうち、１以上の電気機器に供給される自給電力量を調整し、余剰電力量を増大させるための積極的売電手段として機能させる。
【００２６】
本発明の第５の局面に係る記録媒体は、上記したコンピュータプログラムを記録した、コンピュータ読取可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、電力消費の周期の長さの等しい電気機器をグループ化し、グループに属する電気機器がオンとなる動作タイミングが揃うように決定するので、電機機器の電力消費の小さな期間が長くなる。自家発電装置による発電量を売電可能な期間が長くなるので、売電量を大きくすることが可能になる。その結果、売電価格が買電単価より高いという条件のもとで、電力収支を効率的に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】初期費用の回収期間について説明するための図である。
【図２】ある電気機器の消費電力例を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電システムの構成を示す図である。
【図４】電気機器の１例である電気ヒータの構成及び機能を示すブロック図である。
【図５】中央管理装置の構成及び機能を示すブロック図である。
【図６】第１の実施の形態において、電気ヒータの周期及び目標温度によるその変化を説明するための図である。
【図７】第１の実施の形態において、電気ヒータの位相を説明するための図である。
【図８】第１の実施の形態において、電気ヒータの制御信号のデューティ比を説明するための図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、第１及び第２の電気機器における、通電のオン・オフのタイミングと消費電力との関係を示すグラフであり、（Ｃ）は、第１及び第２の電気機器における、通電のオン・オフのタイミングと消費電力の合計との関係を示すグラフである。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、第１及び第２の電気機器における、通電のオン・オフのタイミングと消費電力との関係を示すグラフであり、（Ｃ）は、第１及び第２の電気機器における、通電のオン・オフのタイミングと消費電力の合計との関係を示すグラフである。
【図１１】（Ａ）は、オン期間Ｔｏｎ１，Ｔｏｎ２がずれている場合の、第１及び第２の電気機器における、通電のオン・オフのタイミングと消費電力の合計との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は、オン期間Ｔｏｎ１，Ｔｏｎ２が重なっている場合の、第１及び第２の電気機器における、通電のオン・オフのタイミングと消費電力の合計との関係を示すグラフである。
【図１２】（Ａ）は、オン期間Ｔｏｎ１，Ｔｏｎ２がずれている場合の、第１及び第２の電気機器における、通電のオン・オフのタイミングと消費電力の合計との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は、オン期間Ｔｏｎ１，Ｔｏｎ２が重なっている場合の、第１及び第２の電気機器における、通電のオン・オフのタイミングと消費電力の合計との関係を示すグラフである。
【図１３】異なる電気機器のオン期間を重ねた場合における、太陽光発電電力と売電量の増加量との関係を示すグラフである。
【図１４】第１の実施の形態において、電気機器の周期の調整方法を説明するための模式的グラフである。
【図１５】目標周期の候補を表形式で示す図である。
【図１６】第１の実施の形態において、電気機器（電気ヒータ）と中央管理装置と間のプロトコルを示す図である。
【図１７】（ａ）は電気機器（電気ヒータ）から中央管理装置へ通知される内容を示す図であり、（ｂ）は中央管理装置から電気機器（電気ヒータ）へ送信される指令内容を示す図である。
【図１８】第１の実施の形態における、現在時刻がオン許可期間中かどうかを判定する方法を説明するための図である。
【図１９】従来技術における、電気機器（電気ヒータ）の内部状態の遷移を示す状態遷移図である。
【図２０】第１の実施の形態における、電気機器（電気ヒータ）の内部状態の遷移を示す状態遷移図である。
【図２１】オンすべきタイミングが来たか動かに関する判定方法を説明するための図である。
【図２２】「指令に反してまでオン継続すべき」か否かに関する判定方法を説明するための図である。
【図２３】第１の実施の形態に係るシステムを構成する電気機器において、スイッチが操作されたときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２４】第１の実施の形態に係るシステムを構成する電気機器において、定期的に実行されるヒータ制御のためのコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２５】図２４に示す電気機器において、STATE＝１のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２６】図２４に示す電気機器において、STATE＝２のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２７】図２４に示す電気機器において、STATE＝３のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２８】図２４に示す電気機器において、STATE＝４のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図２９】図２４に示す電気機器において、STATE＝５のときに実行されるコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図３０】電気機器からの通知を検出したときに中央管理装置が実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図３１】第１の実施の形態における、中央管理装置のフローチャートである。
【図３２】第１の実施の形態における、中央管理装置のテーブルである。
【図３３】動作モード移行処理を実現するためのプログラム構造をフローチャート形式で示す図である。
【図３４】中央管理装置における動作モードの遷移の様子を示す図である。
【図３５】第２の実施の形態における、消費電力がそれぞれ異なる場合の例を示す図である。
【図３６】第２の実施の形態における、中央管理装置の割り当て方法の一例を説明するための図である。
【図３７】第２の実施の形態における、中央管理装置の割り当て方法の一例を説明するための図である。
【図３８】一般家庭における、一日の太陽光発電電力量及び自家消費電力量の推移の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下の説明及び図面においては、同一の部品には同一の参照符号及び名称を付してある。それらの機能も同様である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３０】
（第１の実施の形態）  
以下、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電システム１００について説明する。なお、本実施の形態では、売電価格が買電価格よりも高いことを前提とする。また、本発明の第１の実施の形態に係る太陽光発電システム１００は自家発電システムの一実施であり、同様に、第１の実施の形態に係る太陽電池アレイ１０５、パワーコンディショナ１０９等は自家発電装置の一実施である。
【００３１】
［初期費用の回収期間］  
図１（Ａ），図１（Ｂ）を参照して、太陽光発電システムを導入した場合の電力量について説明する。自家消費電力量５０は、電力会社から購入する電力量（購入電力量）５２と、自家消費電力量のうち太陽光発電電力量５６で賄える電力量（自給電力量）５４と、電力会社へ売電する電力量（余剰電力量）５８と、に分類できる。自家消費電力量５０は、購入電力量５２と自給電力量５４とを足したものである。下式参照。
【００３２】
自家消費電力量＝購入電力量＋自給電力量
太陽光発電電力量５６は、自給電力量５４と余剰電力量５８とを足したものである。下式参照
太陽光発電電力量＝自給電力量＋余剰電力量
【００３３】
図１（Ｃ）を参照して、グラフＤ１，Ｄ２は、それぞれ、太陽光発電システムを導入しない場合と、導入する場合とにおける電力使用に関する支出から収入を引いたもの（電力収支）を示す。ここで、自家消費電力量、太陽光発電電力量などは経過年数によって変わらないものとする。また、買電単価、売電単価なども変わらないものとする。横軸Ｘは現在からの経過年数を示す。グラフＤ１，Ｄ２が交わる点に対応する経過年数Ｘ１は、初期費用の回収期間を示す。太陽光発電システムを導入しない場合は、自家消費電力量をすべて電力会社から購入しなければいけない。太陽光発電システムを導入する場合は、自家消費電力量のうち購入電力量分を電力会社から購入する。また、太陽光発電電力量のうち余剰電力量分を電力会社へ売却できる。
【００３４】
したがって、グラフＤ１及びＤ２を表す式はそれぞれ以下のとおりである。
【００３５】
Ｄ１：自家消費電力量×買電単価×Ｘ
Ｄ２：初期費用＋購入電力量×買電単価×Ｘ−余剰電力量×売電単価×Ｘ
グラフＤ１とグラフＤ２とが交わる経過年数Ｘ１が初期費用の回収期間なので、Ｘ１は以下の式で与えられる。
【００３６】
Ｘ１＝初期費用／（自給電力量×買電単価＋余剰電力量×売電単価）
【００３７】
初期費用及び太陽光発電電力量が変わらないものとする。初期費用の回収期間を短くするためには、売電価格及び買電価格に応じて、自給電力量５４と余剰電力量５８との配分を変える必要がある。すなわち、売電価格が買電価格よりも高い場合には、自給電力量５４を減らして余剰電力量５８を増やすことが好ましい（図１（Ｂ）参照）。一方、売電価格が買電価格よりも低い場合には、自給電力量５４を増やして余剰電力量５８を減らすことが好ましい（図１（Ａ）参照）。本実施の形態では、売電価格が買電価格よりも高いことを前提としているので、電気機器を連携動作させて売電量を増加させることで初期費用の回収期間を短縮化することを目的とする。
【００３８】
［連携動作の基本的考え方］
図２に、ある電気機器の消費電力例を示す。ここでは、電気機器の例として、ヒータの温度制御を行なう機器を考える。ここでは、説明を分かりやすくするため、オン／オフの２値でヒータを制御するものとする。
【００３９】
図２から判断できるように、電気機器は目標温度が与えられると以下のように動作する。温度センサによって温度を観測する。以下、観測される温度を「センサ温度」と呼ぶ。センサ温度が目標温度を下回っていればヒータ通電をオンにする。ヒータ通電をオンにするとセンサ温度が上昇する。センサ温度が目標温度に到達すると、ヒータ通電をオフにする。ヒータ通電をオフにすると、センサ温度が低下する。センサ温度が、目標温度の下限に到達すると、再びヒータ通電をオンにする。以降、センサ温度が目標温度を中心とした所定の範囲（以下、この範囲を「目標温度の範囲」と呼ぶ。）内に留まるように、ヒータ通電のオンとオフを繰返す。以下の説明では、この繰返し状態のことを、定常状態１５２と呼ぶこととする。スイッチが入れられてから定常状態になるまでを過渡状態１５０と呼ぶ。
【００４０】
いったん定常状態１５２に入ると、センサ温度が目標温度の範囲内に収まっている限り、ヒータ通電のオンとオフのタイミングを多少前後させても、差し支えないはずである。つまり、そのような通電は電気機器の本来の使い方に沿ったものである。
【００４１】
このような電気機器が複数ある場合を想定する。それぞれの電気機器が個別に動作していると、有効に売電量を増加させることはできない。しかし、それぞれの電気機器のオンとオフとのタイミングをある考え方にしたがい協調動作させると、売電量を増加させることができる。その協調動作の方法については、図１３を参照して後述する。そうした協調動作により、電力をなるべく消費しない期間を作り出したり、逆にピーク電力を抑えたりするような制御のいずれを行なうことができる。
【００４２】
なお、以下の実施の形態では、電気機器として比較的消費電力量の大きなヒータを想定する。しかし本発明が電気ヒータのみに適用可能なものでないことは明らかである。電気を消費する機器全てを本発明の制御対象とすることができる。
【００４３】
［太陽光発電システム１００］  
図３を参照して、太陽光発電システム１００は、一般家庭用住宅の屋根等に設置される太陽電池アレイ１０５と、太陽電池アレイ１０５にて発電された電力を集電する接続箱１０８と、接続箱１０８から入力される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ１０９と、パワーコンディショナ１０９から入力される交流電力を、電灯線に接続されるエアコンディショナ（以下「エアコン」と呼ぶ。）１１０、電気ヒータ１１１及び冷蔵庫１１２に対して供給する、又は、商用電力系統１１３に対して逆潮流させる分電盤１０２と、を含む。本システムで利用可能な電気機器は、一般家庭内にて一般的に使用されるものであればよく、上記のものに限定されない。電気機器の個数も上記のものに限定されない。
【００４４】
一般家庭内で発生した余剰電力は、分電盤１０２、売電用電力量計１０６、及び買電用電力量計１０７を介して、商用電力系統１１３に対して逆潮流される。売電用電力量計１０６は、余剰電力量を計測する。商用電力系統１１３から供給される電力は、買電用電力量計１０７、売電用電力量計１０６、及び分電盤１０２を介して、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２などの電気機器に供給される。買電用電力量計１０７は、商用電力系統１１３からの購入電力量を計測する。
【００４５】
太陽光発電システム１００はさらに、パワーコンディショナ１０９内の発電電力計及び消費電力計（以上いずれも図示せず。）によって計測される太陽光発電電力（又は太陽光発電電力量）、自家消費電力（又は自家消費電力量）、売電量、及び買電量等の情報を表示する電力モニタ１１４を含む。太陽光発電システム１００に含まれる上記した各部には、当該分野において一般的に使用されるものが用いられる。
【００４６】
太陽光発電システム１００はさらに、中央管理装置１０１を含む。中央管理装置１０１は、パワーコンディショナ１０９から出力される、太陽光発電電力（又は太陽光発電電力量）、自家消費電力（又は自家消費電力量）、売電量、及び買電量等の情報を取得できる。
【００４７】
エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２及び中央管理装置１０１は、それぞれ、通信インターフェイス（以下「通信Ｉ／Ｆ」と記す。）１２２，１２４，１２６及び１２０を備え、互いに通信可能である。通信Ｉ／Ｆ１２２，１２４，１２６及び１２０としては、当該分野において一般的に使用されるものであれば特に限定されない。例えば、ＺｉｇＢｅｅ（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、特定小電力無線、赤外線通信、及び無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等を用いる無線通信用の通信モジュール、ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｌｉｎｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ＲＳ−４８５、及びＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等を用いる有線通信用の通信モジュール、並びに、上記無線通信用の通信モジュール及び有線通信用の通信モジュールを組合せたハイブリッド型の通信モジュール等を使用できる。これらの中でも特に、新たに配線を準備する必要のない点から、ＰＬＣ用の通信モジュールを使用することが好ましい。ＰＬＣには、通信速度が数１０ｋｂｐｓ程度の低速ＰＬＣ、及び、通信速度が２００Ｍｂｐｓ程度までの高速ＰＬＣが含まれるが、本実施の形態では、低速ＰＬＣを使用することが好ましい。例えば、ＨｏｍｅＰｌｕｇ  Ｃｏｍｍａｎｄ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＨｏｍｅＰｌｕｇ  Ｃ＆Ｃ）という規格のものを使用できる。中央管理装置１０１は、通信Ｉ／Ｆ４０２を介して、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、及び冷蔵庫１１２から、後述する内部状態情報を取得する。また、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、及び冷蔵庫１１２に対して、後述する指令信号を送信する。
【００４８】
中央管理装置１０１及び電力モニタ１１４はまた、ルータ１０３を介して、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）網１０４等の外部ネットワークに接続される。電力モニタ１１４は、ＩＰ網１０４等に接続される電力会社の端末装置等と通信を行なうことで、ユーザに対し、発電診断レポートの交付等のモニタリングサービスを提供できる。中央管理装置１０１は、ＩＰ網１０４等に接続される電力会社の端末装置等から売電価格及び買電価格等の情報を取得できる。中央管理装置１０１は、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、及び冷蔵庫１１２がＩＰ網１０４等の外部ネットワークと通信可能である場合には、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、及び冷蔵庫１１２に対して遠隔地に設置されている場合においても、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、及び冷蔵庫１１２から内部状態情報を取得し、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、及び冷蔵庫１１２に対して指令信号を送信できる。
【００４９】
〈ハードウェア構成〉  
［エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２］  
以下、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２等の電気機器を代表して、電気ヒータ１１１の構成及び機能について説明する。冷蔵庫１１２及びエアコン１１０は、本実施の形態に係る電力制御に関して、電気ヒータ１１１と同一の構成を有する。
【００５０】
図４を参照して、電気ヒータ１１１は、制御部３０１を含む。制御部３０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）（以上いずれも図示せず。）等を内蔵する組込みシステム用の１チップマイクロコントローラ（以下「１チップマイコン」と記す。）である。ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭは、バスライン（図示せず。）を介して電気的に接続される。
【００５１】
制御部３０１のＣＰＵは、ＲＯＭに格納される各種コンピュータプログラム及びデータにしたがって、電気ヒータ１１１全体の動作を制御する。ＲＡＭは、ＣＰＵによる演算及び処理の結果を一時的に記憶するワーキングメモリとしての機能を提供する。ＲＯＭは、電気ヒータ１１１の動作を制御するのに必要な上記各種コンピュータプログラム及びデータを格納する読出し専用の不揮発性記憶デバイスである。ＲＯＭには、電気ヒータ１１１の一般的な動作を制御するのに必要な各種コンピュータプログラムとともに、後述する、通電制御開始終了処理、通電制御処理、状態判定処理、過渡状態制御処理、及び、定常状態制御処理を実現するためのコンピュータプログラムが記憶される。ＲＯＭにはさらに、後述する目標周期一覧表が記憶される。
【００５２】
電気ヒータ１１１はさらに、通信Ｉ／Ｆ３０２と、入力部３０３と、センサ部３０４と、表示部３０５と、タイマ３０６と、コントローラ３０９と、を含む。これらの各部は、バスライン（図示せず）を介して、制御部３０１と電気的に接続される。
【００５３】
電気ヒータ１１１は、通信Ｉ／Ｆ３０２を介して、中央管理装置１０１との通信を行なう。
【００５４】
入力部３０３は、文字及び各種設定値等を入力するための各種ボタン、並びに、温度制御のオン・オフを指示するための通電制御スイッチ等を含む入力デバイスである。ユーザは、入力部３０３に対する入力操作によって、例えば、目標温度の範囲を設定できる。
【００５５】
センサ部３０４は、サーミスタ等からなる温度センサである。センサ部３０４は、電気ヒータ１１１が設置される部屋の室温（以下「センサ温度」と記す。）を計測し、計測結果を制御部３０１に対して出力する。
【００５６】
表示部３０５は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ））及びＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ等からなる表示デバイスである。表示部３０５は、電源のオン・オフ状態、設定された目標温度の範囲、及び、センサ温度等の情報を表示する。
【００５７】
タイマ３０６は、水晶発振器等のクロックジェネレータを含む。タイマ３０６は、電気ヒータ１１１が保持する現在時刻の管理を行なう。タイマ３０６は、例えば、入力部３０３に対するユーザの入力操作によって現在時刻が設定された場合には、その設定時以降は、クロックジェネレータから出力されるクロックに基づいて時刻を随時インクリメントすることで現在時刻を保持する。タイマ３０６は、制御部３０１及び後述する時刻同期部３０７に対し、保持する現在時刻を出力する。
【００５８】
コントローラ３０９は、継電器（リレー）等からなり、制御対象物３１０に対する通電のオン・オフ等を制御する。制御対象物３１０は、例えば、金属抵抗発熱体等の発熱体である。
【００５９】
電気ヒータ１１１はさらに、時刻同期部３０７を含む。この時刻同期部３０７は、実際には、制御部３０１によって実行されるコンピュータプログラムによって実現される。時刻同期部３０７は、中央管理装置１０１に対する時刻同期のクライアント機能を実現する。すなわち、時刻同期部３０７は、通信Ｉ／Ｆ３０２を介して、中央管理装置１０１とパケットの送受信を行ない、中央管理装置１０１のパケット送信時刻及び電気ヒータ１１１のパケット受信時刻に基づいて時刻合わせ処理を行なう。これによって、タイマ３０６は、中央管理装置１０１の現在時刻と同期をとることができる。上記した時刻合わせ処理の方法としては、当該分野において一般的に使用される方法であれば特に限定されないが、例えば、ＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｔｉｍｅ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を利用する方法等がある。
【００６０】
電気ヒータ１１１はさらに、状態管理部３０８を含む。この状態管理部３０８は、実際には、制御部３０１を構成するＲＡＭによって実現される。状態管理部３０８は、電気ヒータ１１１の内部状態情報、及び、中央管理装置１０１から送信される指令信号の内容を記憶し、管理する。内部状態情報及び指令信号の構成については、後述する。
【００６１】
［中央管理装置１０１］  
図５を参照して、中央管理装置１０１は、制御部４０１を含む。制御部４０１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ（以上いずれも図示せず。）等を内蔵するモジュールである。ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭは、バスライン（図示せず）を介して電気的に接続される。
【００６２】
ＣＰＵは、ＲＯＭに格納される各種コンピュータプログラム及びデータにしたがって、中央管理装置１０１全体の動作を制御する。ＲＡＭは、ＣＰＵによる演算及び処理の結果を一時的に記憶するワーキングメモリとしての機能を提供する。ＲＯＭは、中央管理装置１０１の動作を制御するのに必要な上記各種コンピュータプログラム及びデータを格納する読出し専用の不揮発性記憶デバイスである。ＲＯＭには、中央管理装置１０１の一般的な動作を制御するのに必要な各種コンピュータプログラムとともに、後述する、管理テーブル更新処理、及び、内部状態情報削除処理を実現するためのコンピュータプログラムが記憶される。
【００６３】
中央管理装置１０１はさらに、通信Ｉ／Ｆ４０２と、高速通信Ｉ／Ｆ４０６と、タイマ４０３と、を含む。これらの各部は、バスライン（図示せず）を介して、制御部４０１と電気的に接続される。
【００６４】
中央管理装置１０１は、通信Ｉ／Ｆ４０２を介して、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２との通信を行なう。
【００６５】
高速通信Ｉ／Ｆ４０６は、ルータ１０３を介して、ＩＰ網１０４等の外部ネットワークとのインターフェイスをとる。高速通信Ｉ／Ｆ４０６としては、当該分野において一般的に使用されるものであれば特に限定されないが、例えば、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））インターフェイス等を使用できる。
【００６６】
タイマ４０３は、水晶発振器等のクロックジェネレータを含む。タイマ４０３は、中央管理装置１０１が保持する現在時刻の管理を行なう。タイマ４０３は、例えば、後述する時刻同期部４０４による時間同期のクライアント機能によって現在時刻が設定された場合には、その設定時以降は、クロックジェネレータから出力されるクロックに基づいて時刻を随時インクリメントすることによって現在時刻を保持する。タイマ４０３は、制御部４０１及び後述する時刻同期部４０４に対し、保持する現在時刻を出力する。
【００６７】
中央管理装置１０１はさらに、時刻同期部４０４を含む。この時刻同期部４０４は、実際には、制御部４０１によって実行されるコンピュータプログラムによって実現される。時刻同期部４０４は、ＩＰ網１０４等に接続される外部の時刻サーバ（例えば、ＮＴＰサーバ）に対する時刻同期のクライアント機能を実現する。すなわち、時刻同期部４０４は、高速通信Ｉ／Ｆ４０６及びルータ１０３を介して、外部の時刻サーバとパケットの送受信を行ない、外部の時刻サーバのパケット送信時刻及び中央管理装置１０１のパケット受信時刻に基づいて時刻合わせ処理を行なう。これによって、タイマ４０３は、外部の時刻サーバの現在時刻と同期をとることができる。
【００６８】
時刻同期部４０４はさらに、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２に対する時刻同期のサーバ機能を実現する。すなわち、時刻同期部４０４は、通信Ｉ／Ｆ４０２を介して、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２に対してパケットを送信することで、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２に対し、自己が有する現在時刻を通知できる。
【００６９】
中央管理装置１０１はさらに、テーブル記憶部４０５を含む。このテーブル記憶部４０５は、実際には、制御部４０１を構成するＲＡＭによって実現される。テーブル記憶部４０５は、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２などの電気機器から受信する内部状態情報、及び、これら電気機器に対して送信するための指令信号の内容等を管理テーブルとして記憶し、管理する。管理テーブルについては後述する。
【００７０】
中央管理装置１０１はさらに、シリアル通信Ｉ／Ｆ４０７を含む。シリアル通信Ｉ／Ｆ４０７は、ＲＳ−４８５等に代表されるシリアル通信コントローラである。中央管理装置１０１は、シリアル通信Ｉ／Ｆ４０７を介して、パワーコンディショナ１０９との通信を行なうことで、パワーコンディショナ１０９から、太陽光発電電力（量）、自家消費電力（量）、並びに、現在の買電価格及び売電価格等の情報を得ることができる。
【００７１】
中央管理装置１０１はさらに、タッチパネルコントローラ４０８及び液晶コントローラ４０９を含む。タッチパネルコントローラ４０８は、タッチパネル（図示せず。）と電気的に接続され、タッチパネルに対するユーザの入力操作に基づく指示を受付けて、その指示に応じた制御信号を制御部４０１に対して出力する。液晶コントローラ４０９は、液晶ディスプレイ（図示せず。）と電気的に接続され、制御部４０１の指示に応じて、液晶ディスプレイに対し、中央管理装置１０１の状態及び各種処理の状態に関する情報等を表示させる。上記したタッチパネルと液晶ディスプレイとは重ねて構成される。
【００７２】
一般的なパソコンを中央管理装置１０１として使用してもよい。又は家庭内にＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）コントローラが存在していれば、当該ＨＥＭＳコントローラを中央管理装置１０１として機能させてもよい。
【００７３】
〈電気ヒータの制御方法〉
基本的な電気ヒータの制御方法については、図２に示した通りである。この制御方法においては、ヒータ通電のオンとオフとのタイミングを周期と位相という概念で捉えることができる。すなわち、ヒータ通電のオン期間とそのオン期間と隣り合うオフ期間とを合計した期間を電気ヒータ１１１のヒータ通電の１周期とする。位相については、様々な時点を基準にとることができる。例えば、ヒータ通電を開始した瞬間（ヒータ通電の開始時）を位相０と考えることができる。ヒータのオンとオフとのタイミングを変えるということは、ヒータ通電の周期と位相とを変えることに相当する。
【００７４】
図６を参照して、電気ヒータの周期と位相との関係について説明する。図６（Ａ）は、目標温度を２５℃±０．５℃に設定した時の、ヒータ通電時間と室温とに関するシミュレーション結果である。図６（Ｂ）は、目標温度を２５℃±１．０℃に設定した時の同様のシミュレーション結果である。図６（Ｃ）は、目標温度を２５℃±１．５℃に設定した時の同様のシミュレーション結果である。
【００７５】
図６（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照すると、いずれの場合もスイッチがオンとなった当初は室温は低い。しかしヒータ通電を続けてある程度の時間がたつと室温は目標温度近くになる。するとヒータ通電はオンとオフとを一定の周期で繰返すようになる。これが定常状態である。これに対し最初にスイッチオンされた時点から定常状態となるまでの状態は過渡的なものである。この状態を過渡状態と呼ぶ。図６（Ａ）−（Ｃ）から、目標温度の範囲を調整することで、定常状態になったときのヒータ通電のオンとオフとの周期が変わることがわかる。周期を長くしたい場合は、目標温度の範囲を広げるのがよい。逆に、周期を短くしたい場合は、目標温度の範囲を狭めるのがよい。一般的に言えば、目標温度の範囲を調整することで、周期を変えることができる。しかし、周期をどこまで変更できるかについては、ハードウェアの特性及びユーザの要求によっても異なる。したがって可能な周期の範囲は実装依存となる。
【００７６】
図７を参照して、電気機器（電気ヒータ）の位相について説明する。先ほど述べたように、ヒータ通電オンを開始した瞬間を位相０と考えることができる。図７から容易に分かるように、室温が目標温度の範囲内に収まっている限り、ヒータ通電をオンするタイミング、オフするタイミングを早めることは可能である。
【００７７】
図７（Ｂ）を参照して、ヒータ通電がオンになっている期間をＴｏｎ、オフになっている期間をＴｏｆｆとする。すると周期はＴｏｎ＋Ｔｏｆｆと表わすことができる。ヒータ通電を制御する信号のデューティ比は、１周期におけるオン期間の割合なので、Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）で表せる。図７（Ｂ）に示すようにある電気機器のオン期間とオフ期間とを波形で表したときに算出されるこのデューティ比を、本明細書ではその電気機器のディーティ比と呼ぶ。
【００７８】
図８を参照して、目標温度の範囲を変化させたときの、電気機器のデューティ比について考察する。図８（Ａ）に、目標温度の上限を２種類設定した場合の、センサ温度の時間経過の例を示す。実線が第１の目標温度上限で、点線が第２の目標温度上限である（ただし第１の目標温度上限＜第２の目標温度上限である。）。図８（Ａ）に示すとおり、目標温度上限が低い（目標温度幅が狭い）ときのセンサ温度４２０は、目標温度上限が高い（目標温度幅が広い）ときのセンサ温度４２２より早く上限に達する。そのため、ヒータ通電ははやい時期にオフし、センサ温度が低下し始める。
【００７９】
図８（Ｂ）と図８（Ｃ）とは、それぞれ、第１の目標温度上限と第２の目標温度上限とが設定されたときのヒータ制御４３０及び４３２を示す。これらから分かるように一般的には、センサ温度が目標温度上限に到達するまでヒータ通電オンを継続し、目標温度上限に到達するとそれ以降はヒータ通電オフにする。
【００８０】
温度上昇のスピード（傾斜）と温度下降のスピード（傾斜）とがほぼ変わらないとすると、図８（Ａ）から明らかなように、２つの山は相似な三角形となる。つまり、目標温度の範囲を少しだけ変えても、デューティ比はほぼ変わらない、と考えてよい。
【００８１】
［異なる電気機器におけるオン期間と売電量との関係］  
以下の説明において、第１の電気機器及び第２の電気機器のオン・オフ周期をいずれもＴｐとする。第１及び第２の電気機器のオン期間をそれぞれＴｏｎ１及びＴｏｎ２、オン期間Ｔｏｎ１及びＴｏｎ２における消費電力をそれぞれＰｏｎ１及びＰｏｎ２とする。
【００８２】
Ｔｏｎ１≧Ｔｏｎ２，
Ｔｏｎ１＋Ｔｏｎ２＜Ｔｐ，
Ｐｏｎ１＜Ｐｏｎ２，
具体的な数値の例として、以下を使用するものとする。
【００８３】
Ｔｐ＝１９（単位時間）、
Ｔｏｎ１＝１１（単位時間）、
Ｔｏｎ２＝７（単位時間）、
Ｐｏｎ１＝６（単位電力）、及び
Ｐｏｎ２＝１０（単位電力）。
【００８４】
（Ｐｏｎ１＜Ｐｖ＜Ｐｏｎ２の場合）
図９及び図１０において、Ｐｏｎ１＜Ｐｖ＜Ｐｏｎ２を仮定する。具体的な数値の例として、Ｐｖ＝７（単位電力）を使用する。
【００８５】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）を参照して、第１の電気機器及び第２の電気機器のオン期間Ｔｏｎ１，Ｔｏｎ２が、互いに重ならないようにずれているものとする。図９（Ｃ）を参照して、ハッチ部４５０は、太陽光発電電力（Ｐｖ）から消費電力を引いた余剰電力の時間累計、すなわち売電量を示す。
【００８６】
図９（Ｃ）を参照して、オン・オフ周期（Ｔｐ）のうち、オン期間Ｔｏｎ１には売電が行なわれる。オン期間Ｔｏｎ２には買電が行なわれる。期間Ｔｐ−Ｔｏｎ１−Ｔｏｎ２には消費電力が０であるため売電が行なわれる。この場合、１オン・オフ周期（Ｔｐ）における、家庭内で消費された電力を示す自家消費電力量（Ｗｃ）は式（１）で表わされる。売電量（Ｗｓ）は式（２）で表わされる。買電量（Ｗｂ）は式（３）で表わされる。
【００８７】
【数１】
2012023824.tif 000003
【００８８】
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）を参照して、第１の電気機器，第２の電気機器のオン期間Ｔｏｎ１，Ｔｏｎ２が重なっているものとする。図１０（Ｃ）を参照して、オン・オフ周期（Ｔｐ）のうち、期間Ｔｏｎ１−Ｔｏｎ２には売電が行なわれる。オン期間Ｔｏｎ２には買電が行なわれる。期間Ｔｐ−Ｔｏｎ１には消費電力が０であるため売電が行なわれる。この場合、１オン・オフ周期（Ｔｐ）における、自家消費電力量（Ｗｃ）、売電量（Ｗｓ）及び買電量（Ｗｂ）はそれぞれ式（４）、（５）及び（６）で表わされる。
【００８９】
【数２】
2012023824.tif 000004
【００９０】
式（２）に前述した値を代入すると、売電量（Ｗｓ）は１８（単位電力×単位時間）となる。同様に式（５）に値を代入すると、売電量（Ｗｓ）は６０（単位電力×
単位時間）となる。このとき、オン期間Ｔｏｎ１，Ｔｏｎ２を重ねることで増加した売電量は以下の式で表され、その値は４２（単位電力×単位時間）である。
【００９１】
【数３】
2012023824.tif 000005
【００９２】
（Ｐｖ＜Ｐｏｎ１の場合）  
図１１において、太陽光発電電力（Ｐｖ）は、オン期間Ｔｏｎ１における消費電力よりも小さいものとする（Ｐｖ＜Ｐｏｎ１）。具体的な数値の例として、Ｐｖ＝４（単位電力）を使用する。
【００９３】
図１１（Ａ）を参照して、オン・オフ周期（Ｔｐ）のうち、期間Ｔｏｎ１＋Ｔｏｎ２には買電が行なわれる。期間Ｔｐ−Ｔｏｎ１−Ｔｏｎ２には消費電力が０であるため売電が行なわれる。この場合、１オン・オフ周期（Ｔｐ）における、自家消費電力量Ｗｃ、売電量Ｗｓ及び買電量Ｗｂはそれぞれ、以下の式（７）、（８）及び（９）で表わされる。
【００９４】
【数４】
2012023824.tif 000006
【００９５】
図１１（Ｂ）を参照して、オン・オフ周期（Ｔｐ）のうち、オン期間Ｔｏｎ１には買電が行なわれる。期間Ｔｐ−Ｔｏｎ１には消費電力が０であるため売電が行なわれる。この場合、１オン・オフ周期（Ｔｐ）における、自家消費電力量Ｗｃ、売電量Ｗｓ及び買電量Ｗｂは以下の式（１０）、（１１）及び（１２）で表わされる。
【００９６】
【数５】
2012023824.tif 000007
【００９７】
式（８）に値を代入すると、売電量（Ｗｓ）は４（単位電力×単位時間）となる。式（１１）に数値を代入すると、売電量（Ｗｓ）は３２（単位電力×単位時間）となる。このとき、オン期間Ｔｏｎ１，Ｔｏｎ２を重ねることで増加した売電量は以下の式で表され、その値は、２８（単位電力×単位時間）である。
【００９８】
【数６】
2012023824.tif 000008
【００９９】
（Ｐｏｎ２＜Ｐｖ＜Ｐｏｎ１＋Ｐｏｎ２の場合）  
図１２において、太陽光発電電力（Ｐｖ）は、オン期間Ｔｏｎ２における消費電力よりも大きく、オン期間Ｔｏｎ１における消費電力とオン期間Ｔｏｎ２における消費電力との和よりも小さいものとする（Ｐｏｎ２＜Ｐｖ＜Ｐｏｎ１＋Ｐｏｎ２）。具体的な数値の例として、Ｐｖ＝１２（単位電力）を使用する。
【０１００】
図１２（Ａ）を参照して、オン・オフ周期（Ｔｐ）のうち、全期間において売電が行なわれる。この場合、自家消費電力量（Ｗｃ）、売電量（Ｗｓ）、及び買電量（Ｗｂ）はそれぞれ、次の式（１３）、（１４）及び（１５）で表わされる。
【０１０１】
【数７】
2012023824.tif 000009
【０１０２】
図１２（Ｂ）を参照して、オン・オフ周期（Ｔｐ）のうち、期間Ｔｏｎ１−Ｔｏｎ２には売電が行なわれ、オン期間Ｔｏｎ２には買電が行なわれる。期間Ｔｐ−Ｔｏｎ１には消費電力が０であるため売電が行なわれる。この場合、１オン・オフ周期（Ｔｐ）における、自家消費電力量（Ｗｃ）、売電量（Ｗｓ）、及び買電量（Ｗｂ）はそれぞれ以下の式（１６）、（１７）及び（１８）で表わされる。
【０１０３】
【数８】
2012023824.tif 000010
【０１０４】
式（１４）に値を代入すると、売電量（Ｗｓ）は９２（単位電力×単位時間）となる。式（１７）に値を代入すると、売電量（Ｗｓ）は１２０（単位電力×単位時間）となる。このとき、オン期間Ｔｏｎ１，Ｔｏｎ２を重ねることで増加した売電量は以下の式で表され、その値は、２８（単位電力×単位時間）である。
【０１０５】
【数９】
2012023824.tif 000011
【０１０６】
なお、図９〜図１２に示した全ての場合において、１オン・オフ周期（Ｔｐ）における、合計消費電力量Ｗａ（＝Ｗｃ＋Ｗｂ）は次の式（１９）で表わされ、太陽光発電電力量Ｗｐｖ（＝Ｗｃ＋Ｗｓ）は式（２０）で表わされる。これら式（１９）及び式（２０）は、それぞれの意味を考えれば明らかである。
【０１０７】
【数１０】
2012023824.tif 000012
【０１０８】
上記したように、オン期間Ｔｏｎ１，Ｔｏｎ２を重ねることによって、売電量を増加させることができる。図１３（Ａ）及び（Ｂ）に、太陽光発電電力と、売電量の増加量との関係を示す。
【０１０９】
図１３（Ａ）及び（Ｂ）、特に（Ｂ）を参照して、売電量の増加量は、太陽光発電電力（Ｐｖ）の値に応じて変化する。すなわち、売電量は、太陽光発電電力（Ｐｖ）が０のときには０、０から自家消費電力と同程度の大きさに向けて増大するときに増加し、太陽光発電電力（Ｐｖ）と自家消費電力とが同程度の大きさのときに最も大きくなる。太陽光発電電力（Ｐｖ）が自家消費電力を上回るようになると減少を始め、太陽光発電電力（Ｐｖ）が自家消費電力をはるかに上回る場合には、０になる。
【０１１０】
上の考察は、電気機器の周期が一致していることを前提としている。周期が異なる電気機器を組合わせて協調動作させることはできないからである。この仮定のもとで、上記したように、太陽光発電電力（Ｐｖ）が自家消費電力と同程度である場合において、異なる電気機器のオン期間が互いに重なっている場合には、売電量と買電量とが増加する。一方、異なる電気機器のオン期間が互いにずれている場合には、売電量と買電量とが減少する。本実施の形態では、売電価格が買電価格よりも高いので、中央管理装置１０１は、定常状態で動作する複数の電気機器における通電のオン・オフ動作を制御して、複数の電気機器のオン期間が重なるようにする。このように複数の電気機器を協調動作させることによって、効率よく売電収入を増やすことができる。その結果、初期費用の回収期間を短くできる。なお、本実施の形態において電気機器の周期を調整する方法については、図８を参照して説明したものと用いる。
【０１１１】
〈ソフトウェア構成〉  
【０１１２】
さて、上記の考察は、電気機器の周期が一致していることを前提としている。周期が異なる電気機器を組合せて協調動作させることはできないからである。したがって、本実施の形態において制御される電気機器は、定常状態における周期を調整できる能力を持つものとする。
【０１１３】
図１４に、電気機器の周期の調整方法を示す。周期は、先程述べたように、目標温度の範囲を狭めたり、または、広げたりすることで調整できる。図１４を参照して、ヒータ通電のオフ→オン→オフするタイミングをそれぞれｔ１→ｔ２→ｔ３とする。目標温度をtarget_temp、目標温度に対する許容誤差をdiff_temp（＞０）で表す。すると、次の式（２１）が目標温度の範囲である。
【０１１４】
【数１１】
2012023824.tif 000013
図１４を参照して、時刻ｔ３（センサ温度のグラフで       点５００）で、それまでの周期（＝ｔ３−ｔ１）が分かる。したがって、目標周期（Ｔｐとする）が与えられたとき、このタイミングで周期を調整すべきかどうかを判断する。具体例としては、周期が目標周期Ｔｐと比べて例えば３％以上ずれていれば、周期を調整すべきであると判断する。このとき、目標温度の範囲diff_tempを次の式により新たな範囲new_diff_temp（＞０）とすることで周期を調整する。
【０１１５】
【数１２】
2012023824.tif 000014
式（２２）からわかるように、周期を長くする場合は、新しい許容誤差（new_diff_temp）を従来の許容誤差（diff_temp）より大きくする。周期を短くする場合は、新しい許容誤差（new_diff_temp）を従来の許容誤差（diff_temp）より小さくする。
【０１１６】
図１４に示す時刻ｔ３で、許容誤差を変更して、従来通りの制御を行なう。この操作により周期が変化する。その後のヒータ通電のオフ→オン→オフするタイミングをそれぞれｔ１’→ｔ２’→ｔ３’とする。ここで時刻ｔ２’及びｔ３’はそれぞれ、センサ温度が許容範囲の下限及び上限に達した時点（センサ温度のグラフの点５０２及び５０４で表される）である。これに対し時刻ｔ１’は、時刻ｔ３から次の式（２３）又は（２４）により求められるものであり、図１４では、点５０２から点５００への線分を延長し、新たな上限温度と交わる点５０６に対応する時刻である。時刻ｔ１’を時刻ｔ３と同じにしてはいけない。
【０１１７】
【数１３】
2012023824.tif 000015
このようにして時刻ｔ１′を算出することは、新しい許容誤差に基づいて新たな周期を正しく測定するために必要である。
【０１１８】
図１４を参照して、時刻ｔ３’で、再度、周期（＝ｔ３’−ｔ１’）と目標周期を比べる。周期が目標周期に十分近づいたと判断されるまで上記処理を繰返す。
【０１１９】
目標周期をどのような値に設定するかは、電気機器によっても異なる。しかし、いくつかの候補の中から選べるようにしておくのが良い。図１５に目標周期の候補を示す。各電気機器は図１５のような候補の中から最適な目標周期を選択するものとする。具体的には、各電気機器が自然に動作したときの周期に近い値を目標周期に選ぶ。又は、電気機器によっては、目標周期をあらかじめ定義していても良い。
【０１２０】
図１６に、電気機器と中央管理装置１０１との間の通信のプロトコルを示す。ここでは、中央管理装置１０１により制御される電気機器として電気機器５４０及び５４２を考える。
【０１２１】
本実施の形態では、電気機器５４０及び５４２は、定常状態における周期が目標周期に十分近づいた場合、その周期と定常状態の維持に必要なオン期間と消費電力とを中央管理装置１０１へ通知する（通知５６０、５８０及び６００）。
【０１２２】
中央管理装置１０１は、電気機器５４０及び５４２から通知を受けると、テーブルを更新する（ボックス５６２、５８２及び６０２）。テーブルには、各電気機器の識別番号と、周期、必要なオン期間及び消費電力とが格納される。
【０１２３】
中央管理装置１０１は、周期が一致している電気機器を対象に、それらの電気機器の動作するタイミングを決定する。ここでは、電気機器５４０と５４２との周期が一致しているものとする。中央管理装置１０１は、各電気機器５４０及び５４２に対して、動作タイミングの指令を送信する（通知５６４、５８４、６０４及び６０６）。動作タイミングの指令は、周期と、オン動作を許可する期間の開始時刻及び終了時刻とを含む。テーブルには、さらに、中央管理装置１０１が過去に送信した動作タイミングの指令も含めておく。過去に送信したのと同じ内容の動作タイミングの指令であれば、再度同じ電気機器に送信する必要はないためである。
【０１２４】
電気機器５４０及び５４２は、動作タイミングの指令を受信すると、その指令を参考にして動作を決定する。各電器機器は、指令により定められるオン動作許可期間内にオン動作し、オン許可期間外にはオフ動作することが望ましい。ただし、センサ温度を目標温度の範囲内に維持することを優先するため、指令に従わないこともある。なお、オン動作許可期間とは、すなわちヒータに対する通電が許可された期間のことである。
【０１２５】
図１７（Ａ）を参照して、電気機器（電気ヒータ）から中央管理装置への通知は、状態（status）、周期（period_msec）、及びオンを要求する時間（on_required_msec）を含む。この通知はさらに、各電器機器の（１）オン時の消費電力（on_power）、及び（２）オフ時の消費電力（off_power）を含む。オフ時の消費電力は必須ではないが、本実施の形態では、システムの汎用性を高めるために追加してある。実際、機器によってはオフ時の消費電力が０でない場合もある。したがってオフ時の消費電力を考慮することで、より正確にシステム全体のピーク電力を抑えるような制御を行なうことができる。
【０１２６】
図１７（Ｂ）を参照して、中央管理装置から電気機器（電気ヒータ）へ送信される指令は、周期（period_msec）、オンを許可する開始時間（on_start_msec）、及びオンを許可する終了時間（on_end_msec）、を含む。
【０１２７】
オンを許可する開始時間（on_start_msec）とオンを許可する終了時間（on_end_msec）は、周期の中の相対時間で表される。例えば、周期（period_msec）を１分、オン許可開始時間（on_start_msec）が１０秒、オン許可終了時間（on_end_msec）が３５秒、という設定は、毎分１０秒から３５秒までの間はオン許可されることを意味する。
【０１２８】
on_start_msec＞on_end_msecである場合もある。例えば、オン許可開始時間（on_start_msec）が４５秒、オン許可終了時間（on_end_msec）が１０秒、のように設定されている場合を想定する。この場合、毎分４５秒から次の分の１０秒までの間は、オン許可されることを意味する。
【０１２９】
なお、本実施の形態では、中央管理装置１０１から電気機器（電気ヒータ）へ送信される指令のうち、周期（period_msec）と、オンを許可する終了時間（on_end_msec）は省略してもよい。なぜなら、電気機器（電気ヒータ）は、周期（period_msec）を既に知っているし、また、オンを許可する終了時間（on_end_msec）を計算できるからである。
【０１３０】
オンを許可する終了時間（on_end_msec）は、次式で計算できる。
【０１３１】
【数１４】
2012023824.tif 000016
なお本明細書では、式中の記号「％」は剰余を求める演算子である。例えば「ａ％ｂ」はａをｂで割った余りを意味する。
【０１３２】
中央管理装置１０１と、各電気機器との間では、共通の時刻があることが前提である。この共通時刻の管理は、時刻同期部３０７によって行なわれる。例えば電気ヒータ１１１の電気機器の制御部３０１は、時刻同期部３０７から現在時刻を取得する。
【０１３３】
電気機器は、現在時刻が与えられたとき、その時刻が周期のどこに位置するかをつぎのように判定する。
【０１３４】
現在時刻をｈ時ｍ分ｓ秒ｍｉｌｌｉミリ秒とする。１日周期のミリ秒単位時間（ｎｔ）は次の式（２５）により表され、この時間ｎｔを周期で割った余り（ｎｔ＿ｍｓｅｃ）が、周期中の相対的な現在時刻となる。
【０１３５】
【数１５】
2012023824.tif 000017
【０１３６】
現在時刻がオン許可期間中かどうかを判定する方法を説明する。ここでは、オン許可開始時間と、オン許可終了時間の位置関係によって、２通りあることに注意する。
【０１３７】
図１８（Ａ）を参照して、on_start_msec＜on_end_msecの場合、次の式が成立すればオン許可期間中であると判定され、それで無ければオン許可期間外と判定される。
【０１３８】
【数１６】
2012023824.tif 000018
【０１３９】
ただし、演算子「＆＆」は論理積を意味する。オン許可期間中ならば、オン期間の残り時間（on_remain）も次の式（２７）により求める。オン期間外ならば、次にオンになるまでの時間（on_expect）を次の式（２８）により求める。
【０１４０】
【数１７】
2012023824.tif 000019
【０１４１】
図１８（Ｂ）を参照して、on_start_msec＞on_end_msecの場合、次の条件が成立すればオン許可期間中、さもなければオン期間外と判定される。
【０１４２】
【数１８】
2012023824.tif 000020
ただし、演算子「｜｜」は論理和を意味する。オン許可期間中ならば、オン期間の残り時間（on_remain）次の式（２９）により求める。オン許可期間外ならば、次にオンになるまでの時間（on_expect）を次の式（３０）により求める。
【０１４３】
【数１９】
2012023824.tif 000021
【０１４４】
図１９を参照して、本実施の形態と比較するために、従来技術における電気機器（電気ヒータ）の内部状態の遷移図を示す。従来の電気機器の内部状態には、停止状態６２０、ヒータ通電オン状態６２２、及びヒータ通電オフ状態６２４の３つがある。初期値は停止状態である。本明細書及び図面中で電気機器の内部状態を表わすために状態変数STATEを用いる。状態変数STATEの値は内部状態により変化する。
【０１４５】
図１９を参照して、停止状態６２０（STATE＝０）の時に、スイッチオンされれば、ヒータ通電をオンにして、ヒータ通電オン状態６２２（STATE＝１）に移行する。ヒータ通電オン状態６２２で、センサ温度が目標温度上限を上回ったことを検出すると、ヒータ通電をオフにして、ヒータ通電オフ状態６２４（STATE＝２）に移行する。ヒータ通電オフ状態６２４でセンサ温度が目標温度下限を下回ったことを検出すると、ヒータ通電をオンにして、ヒータ通電オン状態６２２に移行する。ヒータ通電オン状態６２２またはヒータ通電オフ状態６２４の時に、スイッチオフされれば、ヒータ通電をオフにして、停止状態６２０（STATE＝０）に移行する。
【０１４６】
図２０に、本実施の形態に係る電気機器（電気ヒータ）の内部状態の状態遷移図を示す。ここでも、図１９の場合と同様の状態変数STATEを用いると、電気機器の内部状態としては、停止状態６５０（STATE＝０）、ヒータ通電オン状態Ａ６５２（STATE＝１）、ヒータ通電オフ状態Ａ６５４（STATE＝２）、ヒータ通電オン状態Ｂ６５６（STATE＝３）、ヒータ通電オフ状態Ｂ６５８（STATE＝４）、及びヒータ通電オン状態Ｃ６６０（STATE＝５）の６つがある。
【０１４７】
これら状態のうち、ヒータ通電オン状態Ａ６５２、ヒータ通電オフ状態Ａ６５４、及びヒータ通電オン状態Ｂ６５６は過渡状態とみなすことができる。ヒータ通電オフ状態Ｂ６５８、及びヒータ通電オン状態Ｃ６６０は定常状態とみなすことができる。
【０１４８】
本実施の形態に係る電気機器の基本動作は、従来技術と同じである。さらに、本実施の形態に係る電気機器では、以下のような動作を行なう。
【０１４９】
ヒータ通電オン状態Ｂ６５６のときに、センサ温度が目標温度上限を上回ったことを検出すると、直前の周期が目標周期に十分近いかどうかを判定する。十分近ければヒータ通電オフ状態Ｂ６５８へ移行する。（パス２）そうでなければ、ヒータ通電オフ状態Ａ６５４へ戻る。（パス１）
【０１５０】
ヒータ通電オフ状態Ｂ６５８の時に、センサ温度が目標温度下限を下回ったことを検出すると、ヒータ通電をオンにして、ヒータ通電オン状態Ｃ６６０に移行する。（パス３）
【０１５１】
ヒータ通電オン状態Ｃ６６０の時に、センサ温度が目標温度上限を上回ったことを検出すると、ヒータ通電をオフにして、ヒータ通電オフ状態Ｂ６５８に移行する。（パス４）直前の周期が目標周期と十分近くなくなれば、ヒータ通電オフ状態Ａ６５４へ戻る。（パス５）
【０１５２】
実際には、パス３、パス４、及びパス５を経由するときの条件は、もう少し複雑である。中央管理装置１０１から動作タイミング指令が来るからである。詳細については、図２３から図２９までのフローチャートで説明する。
【０１５３】
図２１を参照して、ヒータ通電オフ状態Ｂ６５８からヒータ通電オン状態Ｃ６６０への移行が起こる条件の一つである「オンすべきタイミングが来た」について説明する。説明を分かりやすくするために、現在は、ヒータ通電オフ状態であって、オン許可期間中であるとする。現在がオン許可期間中であるからと言って、必ずしもオンにしなければならないわけではない。本実施の形態えは、温度が目標温度の上限を上回っていれば、常にヒータ通電をオフにする。センサ温度を目標温度の範囲内に収めることが、指令よりも優先されるからである。しかし、オン許可期間外にオンすることがないように、オン許可期間が終了するタイミングで、なるべく温度を高く維持しておくべきである。そこで、オン許可終了時間に、センサ温度が目標温度の上限近くなるように制御する。
【０１５４】
図２１（Ａ）を参照して、現在の状態を現在地点７００で示す。現在時刻は、図２１（Ａ）の下部に示すようにnt_msec（オン許可期間中）であり、このオン許可期間は時刻on_end_msec（オン期間終了時間）で終了するものとする。現在地点７００からヒータ通電オンを始めたと仮定したときに予測される、オン期間終了時間on_end_msecでの温度を温度予測７０２で示す。
【０１５５】
一般的に、将来（オン期間終了時間）における温度future_room_tempは以下の式（３１）で予測される。
【０１５６】
future_room_temp=room_temp+on_remain*up_rate  (31)
ただし、room_tempは現在のセンサ温度を示し、on_remainはオン期間の残り時間を示し、up_rateは温度上昇速度を示す。温度上昇速度up_rateは、過去の実績を基に算出しておく。
【０１５７】
予測温度future_room_tempが目標温度の上限以下であれば、現在地点７００はオンすべきタイミングであると判定する。こうすることで、オン許可期間の終了時刻の温度が目標温度の上限とほぼ一致するようにできる。この結果、オフ期間において温度が低下しても目標温度の下限を下回る可能性を低くできる。
【０１５８】
例えば、図２１（Ｂ）に示す例で、時刻７２０が図２１（Ａ）に示すオン許可期間内であるものとする。時刻７２０で予測される、オン期間の終了時点での将来温度は、目標温度上限ＴＴ（Ｈ）より高くなる。したがって時刻７２０ではオンすべきタイミングではなく、ヒータ通電オン状態Ｃ６６０への遷移は生じない。一方、図２１（Ｂ）の時刻７２２でオン終了時刻での温度を予測すると、時刻７２４で示されるように目標上限温度ＴＴ（Ｈ）以下となっている。したがって時刻７２２でヒータ通電オフ状態Ｂ６５８からヒータ通電オン状態Ｃ６６０への遷移が起こる。その結果、オン期間の終了時刻（on_end_msec）での温度は目標温度上限ＴＴ（Ｈ）以下となっているであろう。
【０１５９】
以上から、ヒータ通電のオン期間７２８は時刻７２２から時刻７２４までとなる。
【０１６０】
一方、ヒータ通電オン状態Ｃ６６０からヒータ通電オフ状態Ｂ６５８への遷移が生ずる条件の一つとして、「指令に反してまでオン継続すべき」という条件がある。以下、この条件の意味について図２２を参照しながら説明する。説明を分かりやすくするために、図２２（Ａ）に示す現在時点７５０では、ヒータ通電オン状態であって、かつオン許可期間外であるとする。現在がオン許可期間外であるからと言って、オンしてはいけないわけではない。本実施の形態では、温度が目標温度の下限を下回っていれば、常にヒータ通電をオンにする。センサ温度を目標温度の範囲内におさめることが、指令よりも優先されるからである。しかし、オン許可期間外にオンを継続するのは最小限にとどめておくべきである。そこで、次のオン許可開始時間まで、センサ温度が目標温度の下限を下回らないように、以下のような制御を行なう。
【０１６１】
図２２（Ａ）を参照して、現在地点Ａでヒータ通電オフしたと仮定したときの、次のオン許可期間７５６のオン許可開始時間における温度予測７５２（future_room_temp）を以下の式（３２）で予測する。
【０１６２】
future_room_temp=room_temp+on_expect*down_rate  (32)
ただし、room_tempは現在のセンサ温度を示し、on_expectは次にオンになるまでの時間を示し、down_rateは温度下降速度を示す。温度下降速度down_rateは、過去の実績を基に算出しておく。
【０１６３】
電気ヒータ１１１の制御部３０１は、図２２（Ａ）に示される温度予測７５２future_room_tempが目標温度の下限以下であれば、指令に反してまでオン継続すべき、と判定する。そうでなければ制御部３０１はオンを継続すべきではないと判定する。
【０１６４】
具体的には、図２２（Ｂ）に示すように、時刻７７０で通電オフすることを想定して、次のオン許可開始時間における温度予測７７２を予測し、その温度が目標温度下限を下回れば、オン許可期間外であってもオンを継続する。こうした予測を繰返し、例えば時刻７７４で通電オフすることを想定したときの温度予測７７６が目標温度下限ＴＴ（Ｌ）を上回ったときにヒータ通電をオフする。その結果、この場合、ヒータ通電オン期間７８０は、時刻７７４で終了する。次のオン許可期間７５６の開始時間（on_start_msec）でのセンサ温度は、目標下限温度ＴＴ（Ｌ）を上回っているであろう。
【０１６５】
<制御部３０１の制御>
以上説明したように電気ヒータ１１１を制御するため、制御部３０１は次のような制御構造を持つプログラムを実行する。なお、以下の説明は、電気ヒータ１１１の制御に関するものであるが、同様の制御構造を持つプログラムにより、種々の装置を制御できることはいうまでもない。
【０１６６】
電気ヒータ１１１を制御するプログラムは、大きく分けて３つある。第１は、スイッチが操作されたときに発生する割込信号により起動されるスイッチ割込プログラムである。第２は、タイマにより定期的に実行されるヒータ制御プログラムである。状態変数STATEは、以下に述べるようにこれらプログラムで共通に参照される。第３は、電気ヒータ１１１で何らかのイベントが発生したときに実行されるプログラムである。
【０１６７】
《スイッチ割込プログラム》
図２３を参照して、スイッチ割込プログラムは、スイッチが操作されるたびに生ずる割込により起動され、状態変数STATEの値が０であるかどうかを判定するステップ８００と、ステップ８００の判定が肯定のときに実行され、スイッチ操作がスイッチオン操作か否かを判定するステップ８０２と、ステップ８０２の判定が肯定のときに実行され、ヒータ通電をオンするステップ８０４と、ステップ８０４に続き、状態変数STATEに１を代入して処理を終了するステップ８０６とを含む。ステップ８０２の判定が否定なら処理は終了する。
【０１６８】
このプログラムはさらに、ステップ８００の判定が否定のときに実行され、操作がスイッチオフか否かを判定するステップ８０８と、ステップ８０８の判定が肯定のときに実行され、ヒータ通電をオフするステップ８１０と、状態変数STATEに０を代入して処理を終了するステップ８１２とを含む。ステップ８０８の判定が否定なら処理は終了する。
【０１６９】
《ヒータ制御プログラム》
図２４を参照して、タイマにより定期的に実行されるヒータ制御プログラムは、センサ温度ＴＳを測定するステップ８３０と、ステップ８３０に続き、状態変数STATEの値により処理を分岐させるステップ８３２と、状態変数STATEの値が１，２，３，４，５のときにそれぞれ実行されるステップ８３４，８３６，８３８，８４０及び８４２とを含む。状態変数STATEの値が０のとき、及びステップ８３４，８３６，８３８，８４０及び８４２の処理の終了後、このヒータ制御プログラムの実行は完了する。ヒータ制御プログラムは、例えば、１秒おきに実行される。
【０１７０】
（１）状態変数STATE＝０のとき
このときは、何も処理は行なわれない。
【０１７１】
（２）状態変数STATE＝１のとき
図２４のステップ８３４の処理が実行される。具体的には、図２５を参照して、センサ温度ＴＳが目標温度上限ＴＴ（Ｈ）を上回るか否かを判定する（ステップ８７０）。判定が肯定なら、ステップ８７２でヒータ通電をオフし、ステップ８７４で状態変数STATEに２を代入して処理を終了する。ステップ８７０の判定が否定なら処理を終了する。
【０１７２】
（３）状態変数STATE＝２のとき
このときは、図２６を参照して、ステップ９００で状態変数STATEが目標温度下限ＴＴ（Ｌ）を下回るか否かを判定する。判定が肯定ならステップ９０２でヒータ通電をオンし、ステップ９０４で状態変数STATEに３を代入して処理を終了する。ステップ９００での判定が否定なら何もせず処理を終了する。
【０１７３】
（４）状態変数STATE＝３のとき
図２７を参照して、ステップ９２０で、センサ温度ＴＳが目標温度上限ＴＴ（Ｈ）を上回るか否かを判定する。判定が否定なら処理を終了する。判定が肯定ならステップ９２２でヒータ通電をオフし、ステップ９２４でその直前の周期Ｐを算出する。目標周期をＰＴとする。続いてステップ９２６で周期Ｐと目標周期ＰＴとの差の絶対値が所定のしきい値ＰＴＨより小さいか否かを判定する。判定が肯定なら、ステップ９２８でこの周期Ｐと、この周期を維持するために必要なオン期間とを中央管理装置１０１に通知する。続いてステップ９３０で状態変数STATEに４を代入して処理を終了する。ステップ９２６の判定が否定なら、ステップ９３２で電気ヒータ１１１の周期を目標に合わせる（目標範囲を変更する）。具体的な手段は、図１４で説明したとおりである。続くステップ９３４で状態変数STATEに２を代入して処理を終了する。
【０１７４】
（５）状態変数STATE＝４のとき
図２８を参照して、ステップ９５０でセンサ温度ＴＳが目標温度下限ＴＴ（Ｌ）を下回るか否かを判定する。判定が肯定ならステップ９５２でヒータへの通電をオンし、ステップ９５４で状態変数STATEに５を代入して処理を終了する。
【０１７５】
ステップ９５０の判定が否定の場合、さらにステップ９６６で現在時刻がオン期間中か否かを判定する。判定が肯定であればステップ９６８でセンサ温度ＴＳが目標温度ＴＴを下回っているか否かを判定する。判定が肯定であれば制御はステップ９５２に進み、先に述べた処理を行なう。判定が否定であればステップ９７０でさらに現在がオンすべきタイミングか否かを判定する。この判定の実質的内容については既に述べたとおりである。判定が肯定なら制御はステップ９５２に進む。否定であれば何もせず処理を終了する。
【０１７６】
ステップ９６６での判定が否定であれば、ステップ９７２でオン許可期間外か否かを判定する。本実施の形態では、ステップ９７２の判定結果にかかわらず、何もせずに処理を終了する。
【０１７７】
（６）状態変数STATE＝５のとき
図２９を参照して、このときには、ステップ１０００でセンサ温度ＴＳが目標温度上限ＴＴ（Ｈ）を上回るか否かを判定する。判定が肯定であればステップ１００２でヒータへの通電をオフする。続くステップ１０２０‐ステップ１０３０の処理は、図２７に示すステップ９２４‐ステップ９３４の処理と同じである。
【０１７８】
一方、ステップ１０００の判定が否定の場合、ステップ１００８で現在時刻がオン許可期間中か否かを判定する。判定が肯定であれば何もせず処理を終了する。判定が否定なら、ステップ１０１０でさらに現在がオン許可期間外か否かを判定する。判定が否定なら何もせず処理を終了する。判定が肯定ならステップ１０１２でセンサ温度ＴＳが目標温度ＴＴを下回ったか否かを判定する。判定が否定なら制御はステップ１００２に進み、前述した処理を行なう。判定が肯定ならステップ１０１４でさらに指令に反してもオンすべきか否かを判定する。判定が肯定なら何もせず（オンを継続したまま）処理を終了する。判定が否定ならステップ１００２以下の処理を実行して処理を終了する。
【０１７９】
<中央管理装置１０１の制御>
中央管理装置１０１の処理には２つある。第１は電気機器から通知を受けた場合に開始する処理である。このときの処理を図３０に示す。第２はタイマ駆動によって定期的に実行される処理である。このときの処理を図３１に示す。中央管理装置１０１では、複数の電気機器のオン終了時間（又はオン開始時間）が同じタイミングとなるように、それら複数の動作機器の動作タイミングを割当てる。そうすることで、できるだけ消費電力が少なくなる期間を作り出し、売電量を増加させることができる。
【０１８０】
《通知を受けた場合の処理》
図３０を参照して、電気ヒータ１１１などの電気機器からの通知を処理するプログラムは、中央管理装置１０１が電気機器の管理のために維持するテーブルを更新するステップ１０５２と、ステップ１０５２の更新の結果、テーブルを参照して、周期が同じになる電気機器をグループ化し、各電器機器の動作タイミングを決定するステップ１０５４と、ステップ１０５４で決定された動作タイミングを含む指令を各電機機器に送信して処理を終了するステップ１０５６とを含む。
【０１８１】
ステップ１０５２のテーブル更新では、受信した内容により特定される電気機器に関するエントリを保存する。電気機器には、予め識別番号が割当てられている。この識別番号で各電気機器に対応するエントリを特定する。既に同一の識別番号のエントリがあればそのエントリを更新する。まだその識別番号のエントリがなければエントリを追加する。
【０１８２】
ステップ１０５４での動作タイミングの決定方法については後述する。
【０１８３】
ステップ１０５６では、各電気機器に動作タイミングを含む指令を送信するが、前回の送信内容と同じ指令であれば送信する必要はない。そのため、中央管理装置１０１は、ステップ１０５６で送信した内容については記憶装置に記憶しておく。
【０１８４】
《タイマ駆動による処理》
図３１を参照して、タイマにより定期的に起動されるプログラムは、以下のような制御構造を持つ。タイマ駆動の間隔は設計事項に属するが、１秒程度で十分である。ステップ１０８２において、電気機器の管理のために中央管理装置１０１に記憶されているテーブルからエントリを取出す。当該エントリについて、ステップ１０８４においてタイムアウトすべきかどうかを判断する。ここでいうタイムアウトとは、当該エントリに対応する電気機器から最後に通知を受けてから所定時間を経過したエントリをテーブルから削除する処理のことをいう。このため、このテーブルの各エントリには、電気機器から最後に通知を受信した時刻を記録しておく。通常、電気機器からは定期的に最新の情報が送られてくる。しかし、突然、電気機器がアンプラグされてしまうこともある。そのような場合に、テーブルにずっと古い情報が残っているのは良くない。したがって電気機器から通知がなく所定時間を経過したらタイムアウトすべきである。ステップ１０８４では、エントリに記録されている最新応答時刻が、現在時刻よりも所定時間以上古ければ、タイムアウトすべきであると判定する。
【０１８５】
ステップ１０８４での判定が肯定であれば、ステップ１０８６でそのエントリをテーブルから削除する。
【０１８６】
ステップ１０８４での判定が否定のとき、及びステップ１０８４での判定が肯定でステップ１０８６の処理が完了したときには、ステップ１０８８でテーブルに次のエントリがあるか否かを判定する。判定が肯定であれば制御はステップ１０８２に戻る。判定が否定であればこの処理を終了する。
【０１８７】
《テーブル構成》
図３２に、中央管理装置１０１により維持されるテーブルの例を示す。図３２を参照して、このテーブルには、各電気機器の状態が記録されている。中央管理装置１０１は、このテーブルを常に最新の状態に維持しなければならない。テーブルの各エントリには、各電気機器の識別番号、最新応答時刻、機器状態、周期、及び要求されたオン時間が含まれる。これら項目は、各電器機器から中央管理装置１０１が受信した情報（通知）に基づいて更新される。このテーブルの各エントリは、さらに、中央管理装置１０１が各電気機器に割当てたオン期間の開始時刻と終了時刻を含む。
【０１８８】
中央管理装置１０１は、このテーブルを参照して、周期が同じ電気機器を抽出しグループ化する。中央管理装置１０１はさらに、グループ化の結果に基づき、同じグループに属する電気機器間の動作タイミングを既に述べた方針にしたがって決定する。すなわち、同じグループに属する電気機器のオン終了時間（又はオン開始時間）が同じタイミングとなるように、各電器機器の動作タイミングを決定する。
【０１８９】
例えば、図３２において、機器識別番号２、５、及び９に対応するエントリの周期はいずれも６００００［ｍｓ］である。各機器が要求しているオン時間は、それぞれ２５０００［ｍｓ］、３００００［ｍｓ］、及び２５０００［ｍｓ］である。
【０１９０】
中央管理装置１０１により決定される、これらの機器の動作タイミングの例は以下のようなものである。
【０１９１】
【表１】
2012023824.tif 000022
【０１９２】
以上のように、各電気機器を協調して動作させることで、定常状態において消費電力が少ない期間を作り出すことができ、売電量を増加させることができる。その結果、初期投資の回収期間を短くできるという効果がある。
【０１９３】
（第２の実施の形態）  
以下、本発明の第２の実施の形態に係る太陽光発電システム１００について説明する。なお、本実施の形態では、売電価格が買電価格よりも高いことを前提としない。太陽光発電システム１００は、中央管理装置１０１のＲＯＭが、動作モード移行処理を実現するためのプログラムを記憶する点、制御部４０１による動作タイミングの決定方法が動作モードによって異なる点を除き、上記第１の実施の形態に係る太陽光発電システム１００と同一の構成である。
【０１９４】
第１の実施の形態で述べたシステムのメリットを享受できるのは、以下の２つの条件が満たされることが必要である。
【０１９５】
（１）太陽光発電電力と自家消費電力とが同程度であること。
【０１９６】
図１３を参照して述べたとおり、太陽光発電電力が全くない状態、又は太陽光発電電力が自家消費電力をはるかに上回るような場合、第１の実施の形態のように電気機器を連係動作してもメリットはない。
【０１９７】
（２）売電価格が買電価格を上回っていること。
【０１９８】
これら２つの条件がそろっていないと、第１の実施の形態のメリットはない。逆に、複数の電気機器の動作タイミングを揃えることで、自家消費電力のピークが急峻となるため、ブレーカが落ちやすくなるなどのデメリットが生じる恐れもある。自家消費電力がブレーカ限界（電気会社との契約容量）を超えるようでは意味がないので、以下の第３の制限も必要である。
【０１９９】
（３）自家消費電力のピーク電力がブレーカ限界を超えない程度にとどめること。
【０２００】
この第２の実施の形態において、中央管理装置１０１の制御部４０１は、動作モードとして、積極的売電モード及びピーク電力抑圧モードのうちのいずれかの動作モードを設定する。本実施の形態では、初期モードはピーク電力抑圧モードである。以下、動作モードの設定方法について述べる。
【０２０１】
〈ソフトウェア構成〉  
［中央管理装置１０１］  
（動作モード移行処理）  
図３３を参照して、動作モード移行処理を実現するためのプログラムは、中央管理装置１０１の電源が投入されることによって起動され、電源が切られることによって終了する。このプログラムでは、太陽光発電電力と、自家消費電力と、現在の売電価格及び買電価格と、現在の時間帯とに基づき、ある条件が満たされれば状態を変更する。状態の変更に伴い動作モードも変化する。
【０２０２】
ピーク電力抑圧モードから積極的売電モードに移行する条件は以下の通りである。なお、以下の説明においてＰｖａは所定の電力（固定値）である。例えばＰｖａ＝０．２ｋＷなどとする。Ｐｕも同様に所定の電力（固定値）であり、ブレーカ限界を基に決定される。例えば、契約容量が４０ＡであればＰｕ＝３．６ｋＷなどとする。
【０２０３】
（Ａ）太陽光発電電力≧Ｐｖａ
（Ｂ）売電価格≧買電価格
（Ｃ）直近の平均自家消費電力＜Ｐｕ
条件Ａは、太陽光発電電力が０に近ければ、積極的売電モードの効果が出ないためである。条件Ｃは、自家消費電力がブレーカ限界を超えないようにするためである。これら条件が全て成立すれば、ピーク電力抑圧モードから積極的売電モードに移行する。
【０２０４】
積極的売電モードからピーク電力抑圧モードに移行する条件は以下のとおりである。
【０２０５】
（Ｄ）上記条件Ａ，Ｂ及びＣのいずれかが成立しないこと。
【０２０６】
なお以下の実施の形態では、太陽光発電電力、自家消費電力、及び現在の売電価格及び買電価格はいずれもシリアル通信Ｉ／Ｆ４０７（図５参照）を通じ、パワーコンディショナ１０９から得られるものとする。
【０２０７】
再び図３３を参照して、このプログラムは、太陽光発電電力（これを「Ｐｖ」とする。）が、予め定める所定値Ｐｖａ以上か否かを判定するステップ１１００を含む。本実施の形態では、所定値Ｐｖａは０．２ｋＷに設定されているものとする。
【０２０８】
このプログラムはさらに、ステップ１１００の判定が肯定である場合に実行され、売電価格が買電価格よりも高いか否かを判定するステップ１１０２と、ステップ１１０２の判定が肯定であるときに実行され、直近の平均自家消費電力（Ｐｃ）が、所定値Ｐｕよりも小さいか否かを判定するステップ１１０４とを含む。本実施の形態では、所定値Ｐｕは、電気契約容量が４０アンペア（Ａ）とすると、３．６ｋＷに設定されているものとする。
【０２０９】
このプログラムはさらに、ステップ１１０４の判定が肯定である場合に実行され、動作モードを積極的売電モードに移行するステップ１１０６と、ステップ１１００の判定が否定であるとき、ステップ１１０２の判定が否定であるとき、又は、ステップ１１０４の判定が否定であるときに実行され、動作モードをピーク電力抑圧モードに移行するステップ１１０８とを含む。
【０２１０】
〈動作〉  
図３３〜図３４を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る太陽光発電システム１００は、以下のように動作する。なお、以下の動作を除く、太陽光発電システム１００の動作は、上記した第１の実施の形態における動作と同じである。また、中央管理装置１０１の動作モードは、中央管理装置１０１の電源投入時、すなわち初期状態時には、ピーク電力抑圧モード１１３０（図３４参照）に設定されているものとする。
【０２１１】
（動作モード移行処理）
制御部４０１は、シリアル通信Ｉ／Ｆ４０７を介して、パワーコンディショナ１０９から、太陽光発電電力、直近の平均自家消費電力、並びに、現在の買電価格及び売電価格等の情報を取得し、太陽光発電電力（Ｐｖ）が、予め定める所定値（Ｐｖａ）以上であるか否か（ステップ１１００）、売電価格が買電価格よりも高いか否か（ステップ１１０２）、及び、直近の平均自家消費電力（Ｐｃ）が、予め定める所定値（Ｐｕ）よりも小さいか否か（ステップ１１０４）、を判定する。
【０２１２】
そして、太陽光発電電力（Ｐｖ）が予め定める所定値（Ｐｖａ）以上であり（ステップ１１００にてＹＥＳ）、売電価格が買電価格よりも高く（ステップ１１０２にてＹＥＳ）、かつ、直近の平均自家消費電力（Ｐｃ）が予め定める所定値（Ｐｕ）よりも小さい場合（ステップ１１０４にてＹＥＳ）には、動作モードを積極的売電モード１１３２（図３４参照）に移行する（ステップ１１０６）。一方、それ以外の場合（ステップ１１００、ステップ１１０２、又は、ステップ１１０４にてＮＯ）には、動作モードをピーク電力抑圧モード１１３０（図３４参照）に移行する（ステップ１１０８）。
【０２１３】
（管理テーブル更新処理）  
中央管理装置１０１の制御部４０１は、管理テーブルの更新後、更新後の管理テーブルに基づいて、オン・オフ周期の長さの等しい電気機器をグループ化するとともに、以下のようにして、各電気機器の動作タイミングを決定する。
【０２１４】
［積極的売電モードの場合］  
制御部４０１は、現在の動作モードが積極的売電モードの場合には、上記第１の実施の形態と同様にして、複数の電気機器のオン許可期間が重なるように、複数の電気機器の動作タイミングを決定する。ただしこの場合、協調動作させた結果、自家消費電力のピーク電力がブレーカ限界に近づくようであれば、ピーク電力抑圧モードに変更することが好ましいことに注意すべきである。
【０２１５】
［電力抑圧モードの場合］  
制御部４０１は、以下のようにして、現在の動作モードが電力抑圧モードである場合には、複数の電気機器のオン許可期間が重ならないように、電気機器の動作タイミングを決定する。
【０２１６】
電力抑圧モードにおいて、制御部４０１は、後述するトップ・ピーク電力を抑えるように、オン・オフ周期の等しい複数の電気機器を協調動作させる。このためには、同グループに属する各電気機器の消費電力を考慮して、複数の電気機器の動作タイミングの組合せを決定する必要がある。
この実施の形態では、各電気機器から消費電力が申告されるので、中央管理装置は、各電器機器の消費電力を考慮して、各電気機器の動作タイミングを決定する。
【０２１７】
例えば、以下の３つの機器（１）‐機器（３）を制御する場合を考える。
【０２１８】
【表２】
2012023824.tif 000023
【０２１９】
図３５（Ａ）を参照して、電気機器（１）と電気機器（２）とを同時にオンさせると、合計１３００Ｗのピーク電力となる。ところが、図３５（Ｂ）に示すように、電気機器（２）と電気機器（３）とを同時にオンさせ、電気機器（１）については常に単独でオンするようにこれらのオンタイミングを調整すると、ピーク電力を８００Ｗに抑えることができる。すなわち、電気機器の組合せによってピーク電力が変わる。電力抑圧モードでは、各電気機器の消費電力を考慮して、ピーク電力がなるべく低く抑えられるように動作タイミングを決定する。
【０２２０】
こうした動作タイミングが容易に求められれば都合がよい。電気機器の台数が十分少なければ（例えば１０台程度まで）、最適解を求めることが可能かもしれない。しかし、動作タイミングの決定アルゴリズムは組合せ問題であり、一般的には短時間で最適解を求めるのは難しい。電気機器の台数が多くなると、組合せの数が爆発してしまうので、短時間で最適解を求めることは非常に困難になる。本実施の形態では、必ずしも最適解ではないかもしれないが、短時間のうちに求めることができ、ピーク電力をなるべく低くできるような解法を採用する。電力抑圧モード時における動作タイミングの組合せの決定方法としては、実時間内に効率よく近似解を算出可能な方法であれば、上記の方法に特に限定されない。
【０２２１】
本実施の形態では、各電気機器の動作タイミングを決定するために、まず、時間の解像度を決める。ここでいう時間の解像度とは、時間という連続した量を離散した値で考えたときの、その離散値の最小単位のことである。時間の解像度を大きく（粗く）すれば、組合せの数を減らせるので計算時間が少なくなる。例えば、１ｍｓオーダーではなく、５秒（＝５０００ｍｓ）という解像度で考えることにする。
【０２２２】
電気機器の周期を６０秒と仮定すると、電気機器が起動するタイミングとしては１２（６０秒÷５秒）通りある。電気機器の台数を１０台あるとする。１台目は必ず０秒から電源オンするということにしても一般性を失わない。
【０２２３】
この場合、２台目から１０台目までの動作タイミングの組合せは、１２９＝５１５９７８０３５２通り存在する。これだけのオーダーになると、組込機器用のＣＰＵで実時間で計算するのは不可能であろう。
【０２２４】
一般的に、機器の台数をＮとすると、計算量はＯ（ｃＮ）となる。ただし、ｃ＝周期／時間解像度である。この計算量はＮが増大すると共に指数関数的に増加する。枝刈りにより組合せの数を多少減らすことは可能だが、本質的な困難さは変わらない。そこで、本実施の形態では、最適解ではなく、実時間で（最適解に近い）近似解を得ることを考える。
【０２２５】
本実施の形では、以下のようなアルゴリズムで各電気機器の動作タイミングを決定する。機器の数はＮとする。これら機器を機器（１）‐機器（Ｎ）として表す。
【０２２６】
機器（１）については、０秒から動作するということにしても一般性を失わない。機器（２）以降の動作タイミングを以下のように決定する。
【０２２７】
すなわち、電気機器（２）‐電気機器（Ｎ）をこの順番で１周期内に配置して行く。電気機器（ｋ）を配置するまでには、電気機器（ｋ−１）までの配置が決定している。電機機器（ｋ）の動作タイミングを配置する際には、１周期のうちで、トップ・ピーク電力（電力の合計が最高となる値）と、ボトム・ピーク電力（電力の合計が最低となる値）との差がもっとも小さくなるように、電気機器（ｋ）の配置位置を決定する。典型的には、ある機器が配置された期間と、別のある機器が配置された期間とに重複がないようにすれば、少なくともこれら２つの機器が配置された期間に重複がある場合よりも消費電力のピークを下げることができる。もちろん、全ての電気機器の配置を見る必要もある。機器が３つ以上になる場合には、重複が生ずる場合もある。その場合でも、重複が生じないように配置された１組（２つ）の電気機器が存在しているはずである。
【０２２８】
機器（１）〜機器（ｋ−１）まで動作タイミングが決定されていたとする。この状況で、機器（ｋ）を配置することを考える。すなわち、１周期内で、上記した解像度により決定される各タイミングに、機器ｋを仮に配置する。その結果、１周期の内でのトップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力とがともに算出できる。それらの差を求める。こうした操作を上記した各タイミングの全てについて行なう。それらの中で、トップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差が最も小さくなるような動作タイミング位置を選択する。そのような動作タイミング位置が複数個あるときには、例えば周期の先頭に近いほうのタイミングを選択する。
【０２２９】
周期と解像度とを考慮すると、機器（ｋ）を配置できるタイミングは周期／時間解像度の数だけある。これを仮にＭとする。上に述べたトップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差の計算は、一つの機器についてＭ回だけ繰返される。動作タイミングを決めるべき電気機器の数は機器（２）‐機器（Ｎ）までのＮ−１個ある。Ｍは定数なので、計算量のオーダーはＯ（Ｎ）である。したがって電気機器の数が多くなっても計算時間が指数関数的に多くなることはない。
【０２３０】
この方法では、機器を配置する順番が比較的重要になる。一つの方法として、消費電力が大きい順に機器の動作タイミングの決定を行なうのが良い。他の方法として、消費電力とオン要求期間の積が大きい順にすることも考えられる。こうした方法により最適解が得られるわけではないが、より最適解に近い解が得られることは、コンピュータ・シミュレーションによっても確認された。
【０２３１】
したがって、本実施の形態では、消費電力（又は消費電力とオン要求期間との積の値）の降順に機器をソートして、機器（１）‐機器（Ｎ）のリストを作り、その先頭から各機器の動作タイミングを順番に決定していく。
【０２３２】
図３６及び図３７を参照して、本実施の形態による動作タイミングの決定の具体例を示す。この例では、周期は６０秒、解像度を５秒とする。各機器を配置できる位置は１２通りである。識別番号１−５の機器があり、各機器の消費電力及びオン要求時間を以下のとおりとする。
【０２３３】
【表３】
2012023824.tif 000024
テーブル３に示すように、機器（１）、機器（２）、…、機器（５）は、消費電力の降順にソートしてある。以下、これら機器を順番に配置していく。
【０２３４】
（１）機器（１）
機器（１）については、周期内のどこから始めてもよい。この例では、機器（１）のオンタイミングを周期の先頭（０秒）とする。よって、機器（１）が動作する期間は毎分０秒から毎分２０秒までである。
【０２３５】
（２）機器（２）
機器（２）については、機器（１）が既に配置された状態で、上記した１２箇所に仮に配置してトップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差を算出する。これら１２箇所のうちでが算出された差が最小となる位置に機器（２）を配置する。この計算をした結果選択されるのは、機器（２）が周期の先頭から２０秒でオンするような位置である。すなわち機器（２）は、毎分２０秒から毎分０秒までオンとなる位置に配置される。
【０２３６】
機器（３）についても、同様の処理をする。その結果、毎分２０秒から毎分３５秒までに配置すると良いことが分かる。
【０２３７】
以上までの処理により機器（１）−機器（３）を６０秒の周期内に配置した状態を、図３６（Ａ）に示す。
【０２３８】
機器（４）についても同様にして位置を決めると、毎分３５秒から毎分１０秒までとなる。機器（４）まで配置した状態を図３６（Ｂ）に示す。
【０２３９】
機器（５）についても同様にして、毎分１０秒から毎分５５秒まで配置するのが良いことが分かる。機器（５）まで配置した状態を、図３７（Ａ）に示す。
【０２４０】
以上の例では、図３７（Ａ）に示すように機器（１）‐機器（５）を配置すればピーク電力が２０００Ｗに抑えられることがわかる。
【０２４１】
ただし、これは最適解ではない。最適解としては、図３７（Ｂ）に示すように、ピーク電力が１９００Ｗで抑えられるような配置方法がある。この最適解は、機器を配置するタイミングを総当りで計算すれば求められる。しかし、既に述べたように、このように総当り方式で最適解を求める場合、計算量のオーダーはＯ（ｃＮ）（Ｎは機器の台数）であり、機器の数が増えてくると非常に困難である。これに対し、上記した例で採用したアルゴリズムの計算量のオーダーはＯ（Ｎ）であり、実時間で最適解に近い解を得ることができる。したがってこのアルゴリズムは有用である。
【０２４２】
また、上記アルゴリズムでは、オフ時の消費電力（Off_power）を考慮した配置を行なうことも容易である。すなわち、新しく機器が追加された場合は、基本的には、上で述べた方法と同様に、トップ・ピーク電力とボトム・ピーク電力との差がもっとも少なくなるようにその機器を配置すればよい。電力計算にオフ時の消費電力も算入する必要があるだけである。
【０２４３】
上記アルゴリズムで求めた機器の動作タイミングの配置で各機器が動作しているときに、その中のいずれかの機器が削除される場合もある。そうした場合は、単純に当該機器だけを削除すればよい。その他の機器の動作タイミングには影響がない。
【０２４４】
もっとも、機器の追加と削除とを繰返すと、最適解から遠く離れてしまうこともありえる。そうした問題を回避するため、ある時点で、動作タイミングの配置をやり直してもよい。この結果、既存機器の動作タイミングが更新され、新たな動作タイミングで平準化された消費電力での動作が可能になる。
【０２４５】
以上のように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態による作用に加え、各電気機器がオン時の消費電力とオフ時の消費電力とを中央管理装置に申告する。中央管理装置１０１では、積極的に売電する効果が見込めない場合及び自家消費電力がブレーカの限界に近づく場合等には、トップ・ピーク電力を抑えるように動作するピーク電力抑制モードが設定されるので、自家消費電力がブレーカの限界を超えることによってブレーカが落ちてしまうことを防ぐことができる。また、積極的に売電する効果が見込める場合には、積極的売電モードが設定されるので、売電収入を効率よく増やすことができる。
【０２４６】
〈作用・効果〉  
上記第１及び第２の実施の形態によれば、中央管理装置１０１は、太陽光発電電力を少なくとも１つの電気機器に対して供給するとともに、余剰電力を商用電力系統１１３に対して逆潮流可能な太陽電池アレイ１０５と、太陽電池アレイ１０５又は商用電力系統１１３から供給される電力を利用する少なくとも１つの電気機器とを含む太陽光発電システム１００に含まれ、定常状態又は過渡状態で動作する少なくとも１つの電気機器と通信を行なう。中央管理装置１０１において、通信Ｉ／Ｆ４０２は、少なくとも１つの電気機器の各々から送信される内部状態情報を取得し、テーブル記憶部４０５は、受信した内部状態情報を情報の送信先の電気機器と関連付けて記憶する。内部状態情報は、定常状態時における通電のオン・オフ周期の長さを示す周期情報と、定常状態を維持するために必要なオン許可期間の長さを示す時間情報と、を含む。中央管理装置１０１において、制御部４０１は、テーブル記憶部４０５に記憶される内部状態情報に基づいて、通電のオン・オフ周期の長さの等しい電気機器をグループ化し、グループに属する電気機器の各々における通電のオン・オフ動作のタイミングを決定し、通信Ｉ／Ｆ４０２は、グループに属する電気機器の各々に対し、決定された通電のオン・オフ動作のタイミングを示す指令信号を送信する。
【０２４７】
このように、通電のオン・オフ周期の長さの等しい電気機器をグループ化し、グループに属する電気機器の各々における通電のオン・オフ動作のタイミングを決定するので、電気機器のオン・オフ動作を効率よく協調動作させることができる。したがって、商用電力系統から購入する買電量及び商用電力系統に対して逆潮流させる売電量を効率よく制御することが可能になる。その結果、初期費用の回収期間を短くできる。
【０２４８】
また上記第１及び第２の実施の形態によれば、制御部４０１は、グループに属する電気機器の各々におけるオン許可期間が重なるように、通電のオン・オフ動作のタイミングを決定する。これによって、例えば、自家発電電力が自家消費電力と同程度の場合には、売電収入を効率よく増やすことができる。その結果、初期費用の回収期間をより一層短くできる。
【０２４９】
また上記第２の実施の形態によれば、中央管理装置１０１において、制御部４０１は、現在の動作モードをピーク電力抑圧モード及び積極的売電モードのうちのいずれかに設定し、積極的売電モードが設定されている場合には、グループに属する電気機器の各々におけるオン許可期間が重なるように、通電のオン・オフ動作のタイミングを決定し、ピーク電力抑圧モードが設定されている場合には、グループに属する電気機器の各々におけるオン許可期間が重ならないように、通電のオン・オフ動作のタイミングを決定する。これによって、積極的売電モード時には売電収入を効率よく増やすことができる。また、ピーク電力抑圧モード時には、買電量を減らすことができるとともに、自家消費電力がブレーカ限界を超えないようにできる。
【０２５０】
また上記第２の実施の形態によれば、中央管理装置１０１において、制御部４０１は、商用電力系統１１３を有する電力会社の定める売電価格情報及び買電価格情報を取得し、取得した売電価格情報及び買電価格情報に基づいて、売電価格が買電価格よりも高いか否かを判定する。そして、売電価格が買電価格よりも高いと判定した場合には、現在の動作モードを積極的売電モードに設定し、売電価格が買電価格よりも高くないと判定した場合には、現在の動作モードをピーク電力抑圧モードに設定する。これによって、積極的売電モード時には売電収入をより一層効率よく増やすことができる。また、ピーク電力抑圧モード時には、買電量を効率よく減らすことができる。
【０２５１】
また上記第２の実施の形態によれば、中央管理装置１０１において、制御部４０１は、自家発電電力情報及び自家消費電力情報を取得し、取得した自家発電電力情報及び自家消費電力情報に基づいて、自家発電電力が予め定める所定値以上であるか否か、及び、直近の自家消費電力が予め定める所定値よりも小さいか否か、を判定する。そして、自家発電電力が予め定める所定値以上であり、かつ直近の自家消費電力が予め定める所定値よりも小さいと判定した場合には、現在の動作モードを積極的売電モードに設定し、自家発電電力が予め定める所定値以上ではないと判定した場合、及び、直近の自家消費電力が予め定める所定値よりも小さくないと判定した場合の少なくともいずれかである場合には、現在の動作モードをピーク電力抑圧モードに設定する。これによって、積極的売電モード時には売電収入をより一層効率よく増やすことができる。また、ピーク電力抑圧モード時には、買電量を効率よく減らすことができるととこに、より一層確実に、自家消費電力がブレーカ限界を超えないようにできる。
【０２５２】
〈変形例〉  
なお、上記第１及び第２の実施の形態では、電力モニタ１１４、中央管理装置１０１、及び、電気機器はそれぞれ別の装置であったが、本発明はそのような実施の形態に限定されない。例えば、中央管理装置１０１は、電力モニタ１１４と一体に構成されていてもよい。また、家庭内にＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）コントローラが設置されている場合には、中央管理装置１０１は、ＨＥＭＳコントローラと一体に構成されていてもよい。又は、中央管理装置１０１は、電気機器と一体に構成されていてもよい。この場合、中央管理装置１０１として機能するのは、エアコン１１０、電気ヒータ１１１、冷蔵庫１１２などの電気機器のうちのいずれか１つである。
【０２５３】
また上記第１及び第２の実施の形態では、目標周期はユーザによって設定されたが、本発明はそのような実施の形態に限定されない。例えば、最適な目標周期が、電気機器毎に予め設定されていてもよい。
【０２５４】
また上記第２の実施の形態において、電気機器の動作タイミングは、オン状態時の消費電力が大きいものから順に決定されたが、本発明はそのような実施の形態に限定されない。例えば、オン状態時の消費電力とオン許可期間の長さとの積が大きいものから順に決定されてもよい。
【０２５５】
またピーク電力抑圧モード又は積極的売電モードに移行する条件は、上記第２の実施の形態に記載の条件に限定されない。例えば、以下に示すように時間帯が条件であってもよい。図３８を参照して、グラフＣ１は太陽光発電電力量を示し、グラフＣ２は自家消費電力量を示す。図３８に示されるように、６時から９時頃までの朝の時間帯、及び、１６時から１８時までの夕方の時間帯には、太陽光発電電力量が自家消費電力量と同程度になる。したがって、朝及び夕方の時間帯には、異なる電気機器のオン許可期間を重ねることによって売電量を効率よく増加させることができる。一方、０時から６時まで及び１８時から２４時までの夜の時間帯には、太陽光発電電力量がほぼ０になる。また、９時から１６時までの昼の時間帯には太陽光発電電力量が自家消費電力量を大きく上回る。したがって、夜及び昼の時間帯には、異なる電気機器のオン許可期間を重ねても、売電量を増加させることはできない。したがって、制御部４０１は、動作モードを、朝及び夕方の時間帯には積極的売電モードに設定し、夜及び昼の時間帯にはピーク電力抑圧モードに設定するようにしてもよい。
【０２５６】
また、上記第２の実施の形態では、直近の平均自家消費電力（Ｐｃ）が、ブレーカの限界を超えないように予め定められる所定値（Ｐｕ）以上である場合には、ピーク電力抑圧モードが設定されたが、本発明はそのような実施の形態に限定されない。例えば、複数の電気機器を協調動作させた場合に予想されるトップ・ピーク電力の値が、予め定められる所定値（Ｐｕ）以上である場合に、ピーク電力抑圧モードが設定されてもよい。テーブル４に示す管理テーブルを参照して、例えば、第１の電気機器〜第２の電気機器を協調動作させた場合に予想されるトップ・ピーク電力の値は、２１００Ｗである。この値は、所定値（Ｐｕ）である３．６ｋＷよりも小さいので、動作モードは積極的売電モードに設定される。一方、予想されるトップ・ピーク電力の値が３．６ｋＷ以上である場合には、動作モードはピーク電力抑圧モードに設定される。
【０２５７】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。
【符号の説明】
【０２５８】
５０  自家消費電力量
５２  購入電力量
５４  自給電力量
５６  太陽光発電電力量
５８  余剰電力量
１００  太陽光発電システム
１０１  中央管理装置
１０２  分電盤
１０３  ルータ
１０４  ＩＰ網
１０５  太陽電池アレイ
１０６  売電用電力量計
１０７  買電用電力量計
１０８  接続箱
１０９  パワーコンディショナ
１１０  エアコン
１１１  電気ヒータ
１１２  冷蔵庫
１１３  商用電力系統
１１４  電力モニタ
３０１，４０１  制御部
３０２，４０２  通信Ｉ／Ｆ
３０３  入力部
３０４  センサ部
３０５  表示部
３０６，４０３  タイマ
３０７，４０４  時刻同期部
３０８  状態管理部
３０９  コントローラ
３１０  制御対象物
４０５  テーブル記憶部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３５】
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