JP2005276797A - Fuel cell power generation system and control method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】 家庭毎に異なる使用電力を予測して発電電力を効率的に制御することができ、省エネルギー化を実現することができる燃料電池発電システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】 電力計測部230は家電機器が使用する使用電力を計測し、使用電力予測部200は電力計測部230で計測した使用電力から、所定の時刻より将来の使用電力の予測値を所定の時間分だけ予測し、発電指令部220は使用電力予測部200の使用電力の予測値から燃料電池発電装置100の起動及び停止を判定する。
【選択図】 図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell power generation system capable of efficiently controlling generated power by predicting different power used for each home and realizing energy saving and a control method therefor.
An electric power measurement unit 230 measures electric power used by a home appliance, and an electric power use prediction unit 200 determines a predicted value of future electric power usage from a predetermined time based on the electric power measured by the electric power measurement unit 230. The power generation command unit 220 determines whether to start and stop the fuel cell power generation apparatus 100 based on the predicted value of the used power of the used power prediction unit 200.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、電気機器に供給する電力を発生させる燃料電池発電装置を備える燃料電池発電システム及びその制御方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell power generation system including a fuel cell power generation device that generates electric power to be supplied to an electrical device, and a control method thereof.
従来、燃料ガスを用いて電力と温水とを供給する燃料電池を発電する燃料電池発電装置が知られている。燃料電池が発電する電力は、発電効率を考慮すると家電機器で使用される電力と同等であることが望ましい。そのため、家電機器の使用電力を計測管理し、その値に追従するように発電電力を制御する必要がある。ところが、燃料電池は都市ガスなどを改質して得られた水素と酸素との化学反応を利用している特性上、使用電力の急峻な変化には追従することができない虞がある。そのため、単純な使用電力の変化のみに基づいて燃料電池発電装置の発電出力を制御すると、使用電力に対する発電電力の追従遅れにより、例えば、使用電力の起動時における発電電力の利用率低下や、立ち下り時における発電電力の余剰により、それぞれ省エネルギー性が低下することになる。したがって、省エネルギー性を確保するためには、使用電力の急峻な変化への追従や頻繁な起動/停止を避けることが必要となる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell power generation device that generates power from a fuel cell that supplies electric power and hot water using fuel gas is known. It is desirable that the power generated by the fuel cell is equal to the power used in home appliances in consideration of power generation efficiency. Therefore, it is necessary to measure and manage the power used by the home appliances and to control the generated power so as to follow the value. However, there is a possibility that the fuel cell cannot follow a sudden change in electric power used due to the characteristic of utilizing a chemical reaction between hydrogen and oxygen obtained by reforming city gas or the like. For this reason, if the power generation output of the fuel cell power generation device is controlled based on only a simple change in power consumption, for example, a decrease in the utilization rate of the generated power at the start-up of the power usage, The surplus of the generated power at the time of going down will reduce the energy saving performance. Therefore, in order to ensure energy saving, it is necessary to avoid a rapid change in power consumption and frequent start / stop.
そこで、従来の燃料電池発電装置では、使用電力の変化の特徴を時間帯ごとに想定し、燃料電池の発電出力の制御を変化率、むだ時間及びオフセットで時間帯ごとに規定して保持することによって、使用電力が急峻に変化しても追従せずに頻繁な起動/停止をしないようにしている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in the conventional fuel cell power generation device, it is assumed that the characteristics of changes in power consumption are assumed for each time zone, and the control of the power generation output of the fuel cell is specified and held for each time zone by the change rate, dead time and offset. Thus, even if the power consumption changes sharply, frequent start / stop is not performed without following (for example, see Patent Document 1).
また、他の従来の燃料電池発電装置では、使用電力をシミュレーションすることで予め予測しておき、その予測値に従って燃料電池の発電出力を効率的に制御するようにしている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上記従来の燃料電池発電装置では、家庭ごとの使用電力負荷に適応することが困難であった。すなわち、特許文献1の技術の場合、予め設定すべき変化率、むだ時間及びオフセットは、本来家庭毎に異なるため、それぞれの家庭での最適な値を算出することは困難である。さらに、季節変化やライフスタイルの変化などにより機器の使用状況が変わり、使用電力が大きく変化する場合などにも対応することが困難である。 However, it has been difficult for the above-described conventional fuel cell power generation apparatus to adapt to the power consumption load for each household. That is, in the case of the technique disclosed in Patent Document 1, since the change rate, dead time, and offset that should be set in advance are originally different for each home, it is difficult to calculate an optimum value in each home. Furthermore, it is difficult to cope with cases where the usage status of the device changes due to seasonal changes or lifestyle changes, and the power consumption changes greatly.
また、特許文献2の技術の場合、負荷予測工程においてシミュレーションで使用電力負荷を予測しているが、同等の環境条件と一致した過去のデータがなければ予測値を生成することは困難である。また、シミュレーションを行うためには、燃料電池の特性が必要であるが、その特性は家庭毎に異なる場合が想定されるために実質的には予測値が生成できず、上記と同様に家庭毎に異なる使用電力の予測は困難である。 In the case of the technique of Patent Document 2, the power usage load is predicted by simulation in the load prediction step, but it is difficult to generate a predicted value if there is no past data that matches the equivalent environmental conditions. In order to perform the simulation, the characteristics of the fuel cell are required. However, since the characteristics are assumed to be different for each household, a predicted value cannot be generated substantially. However, it is difficult to predict different power consumption.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、家庭毎に異なる使用電力を予測して発電電力を効率的に制御することができ、省エネルギー化を実現することができる燃料電池発電システム及びその制御方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of efficiently controlling generated power by predicting different power used for each home, and can realize energy saving. It is an object of the present invention to provide a system and a control method thereof.
本発明に係る燃料電池発電システムは、電気機器に供給する電力を発生させる燃料電池発電装置を備える燃料電池発電システムであって、前記電気機器が使用する使用電力を計測する電力計測手段と、前記電力計測手段によって計測された使用電力に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力を予測する使用電力予測手段と、前記使用電力予測手段によって予測された使用電力の予測値に基づいて前記燃料電池発電装置の動作を制御する動作制御手段とを備える。 A fuel cell power generation system according to the present invention is a fuel cell power generation system including a fuel cell power generation device that generates electric power to be supplied to an electrical device, the power measurement means for measuring the power used by the electrical device, Based on the used power measured by the power measuring means, a used power predicting means for predicting a future used power for a predetermined time from a predetermined time, and a predicted value of the used power predicted by the used power predicting means. And an operation control means for controlling the operation of the fuel cell power generator.
この構成によれば、電気機器に供給する発電電力を発生させる燃料電池発電装置を備える燃料電池発電システムでは、電気機器が使用する使用電力が計測され、計測された使用電力に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力が予測され、予測された使用電力の予測値に基づいて燃料電池発電装置の動作が制御される。 According to this configuration, in the fuel cell power generation system including the fuel cell power generation device that generates the generated power to be supplied to the electric device, the used power used by the electric device is measured, and based on the measured used power, a predetermined power is used. Future power usage is predicted for a predetermined time from the time, and the operation of the fuel cell power generation device is controlled based on the predicted value of the power usage predicted.
また、上記の燃料電池発電システムにおいて、前記使用電力予測手段は、前記所定の時刻以前の使用電力を予測用データとして保持する予測用データ保持手段と、前記予測用データ保持手段によって保持された予測用データを入力値としてニューラルネットワークモデルによって所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力を予測するニューロモデル予測手段と、前記ニューロモデル予測手段によって予測される時間帯と同一時間帯における前記使用電力の実測値を学習用データとして保持する学習用データ保持手段と、前記学習用データ保持手段によって保持された学習用データと、前記ニューロモデル予測手段によって予測される使用電力の予測値とに基づいて前記ニューロモデル予測手段のニューラルネットワークモデルを学習するニューロモデル学習手段とを含むことが好ましい。 Further, in the fuel cell power generation system, the power consumption predicting means includes a prediction data holding means for holding power used before the predetermined time as prediction data, and a prediction held by the prediction data holding means. Neuro-model prediction means for predicting future power use for a predetermined time from a predetermined time by using a neural network model with input data as input values, and the use in the same time zone as the time zone predicted by the neuro-model prediction means Based on learning data holding means for holding actual measured power values as learning data, learning data held by the learning data holding means, and predicted values of power used predicted by the neuro model prediction means To learn the neural network model of the neuro model prediction means Preferably includes a neuro model learning means.
この構成によれば、所定の時刻以前の使用電力が予測用データとして保持され、予測用データを入力値としてニューラルネットワークモデルによって所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力が予測され、予測される時間帯と同一時間帯における使用電力の実測値が学習用データとして保持され、保持された学習用データと、予測される使用電力の予測値とに基づいてニューラルネットワークモデルの学習が行われる。 According to this configuration, the power consumption before a predetermined time is stored as prediction data, and the future power consumption is predicted for a predetermined time from the predetermined time by the neural network model using the prediction data as an input value. The actual measured value of the power used in the same time zone as the time zone to be used is stored as learning data, and the neural network model is learned based on the stored learning data and the predicted value of the predicted power usage. .
また、上記の燃料電池発電システムにおいて、前記動作制御手段は、前記使用電力予測手段から得られる使用電力の予測値が所定の下限値を所定の時間だけ連続して上回る場合に、前記予測値が所定の下限値を上回った時刻から前記燃料電池発電装置の起動に必要な時間を引いた時刻から前記燃料電池発電装置の起動動作を行うことが好ましい。 Further, in the above fuel cell power generation system, the operation control unit is configured such that when the predicted value of the used power obtained from the used power predicting unit exceeds the predetermined lower limit value continuously for a predetermined time, the predicted value is It is preferable that the start-up operation of the fuel cell power generator is performed from a time obtained by subtracting a time required for starting the fuel cell power generator from a time when the predetermined lower limit value is exceeded.
この構成によれば、使用電力の予測値が所定の下限値を所定の時間だけ連続して上回る場合に、予測値が所定の下限値を上回った時刻から燃料電池発電装置の起動に必要な時間を引いた時刻から燃料電池発電装置の起動動作が行われる。 According to this configuration, when the predicted value of the used power continuously exceeds the predetermined lower limit value for a predetermined time, the time required for starting the fuel cell power generator from the time when the predicted value exceeds the predetermined lower limit value The starting operation of the fuel cell power generation device is performed from the time of subtracting.
また、上記の燃料電池発電システムにおいて、前記動作制御手段は、前記使用電力予測手段から得られる使用電力の予測値が所定の下限値を所定の時間だけ連続して下回る場合に、前記予測値が所定の下限値を下回った時刻から前記燃料電池発電装置の停止動作を行うことが好ましい。 Further, in the above fuel cell power generation system, the operation control unit is configured such that when the predicted value of the used power obtained from the used power prediction unit is continuously lower than a predetermined lower limit value for a predetermined time, the predicted value is It is preferable to perform the stop operation of the fuel cell power generation device from the time when it falls below a predetermined lower limit value.
この構成によれば、使用電力の予測値が所定の下限値を所定の時間だけ連続して下回る場合に、予測値が所定の下限値を下回った時刻から燃料電池発電装置の停止動作が行われる。 According to this configuration, when the predicted value of the used power is continuously lower than the predetermined lower limit value for a predetermined time, the fuel cell power generator is stopped from the time when the predicted value falls below the predetermined lower limit value. .
また、上記の燃料電池発電システムにおいて、前記電力計測手段は、前記電気機器の使用電力が発電電力の上限値を超える場合、当該上限値を使用電力として計測することが好ましい。 In the above fuel cell power generation system, it is preferable that the power measuring unit measures the upper limit value as the used power when the used power of the electric device exceeds the upper limit value of the generated power.
この構成によれば、電気機器の使用電力が発電電力の上限値を超える場合、当該上限値が使用電力として計測される。 According to this configuration, when the power used by the electrical device exceeds the upper limit value of the generated power, the upper limit value is measured as the power used.
また、上記の燃料電池発電システムにおいて、前記燃料電池発電装置を利用して給湯を行う給湯機器が供給する給湯量を計測する給湯計測手段と、前記給湯計測手段によって計測された給湯量に基づいて、所定の時刻から所定の時刻分だけ将来の給湯量を予測する給湯量予測手段とをさらに備え、前記動作制御手段は、前記使用電力予測手段によって予測された使用電力の予測値と前記給湯量予測手段によって予測された給湯量の予測値とに基づいて前記燃料電池発電装置の動作を制御することが好ましい。 Further, in the fuel cell power generation system described above, based on the hot water supply measuring means for measuring the amount of hot water supplied by a hot water supply device that supplies hot water using the fuel cell power generator, and the amount of hot water measured by the hot water supply measurement means. And a hot water supply amount prediction means for predicting a future hot water supply amount for a predetermined time from a predetermined time, wherein the operation control means predicts the predicted value of the used power and the hot water supply amount predicted by the used power prediction means. It is preferable to control the operation of the fuel cell power generation device based on the predicted value of the hot water supply amount predicted by the prediction means.
この構成によれば、電気機器に供給する発電電力を発生させる燃料電池発電装置を備える燃料電池発電システムでは、電気機器が使用する使用電力が計測され、計測された使用電力に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力が予測され、また給湯機器が供給する給湯量が計測され、計測された給湯量に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の給湯量が予測され、予測された使用電力と給湯量の予測値に基づいて燃料電池発電装置の動作が制御される。 According to this configuration, in the fuel cell power generation system including the fuel cell power generation device that generates the generated power to be supplied to the electric device, the used power used by the electric device is measured, and based on the measured used power, a predetermined power is used. Future power consumption is predicted for a predetermined time from the time, and the amount of hot water supplied by the hot water supply device is measured. Based on the measured amount of hot water, the amount of future hot water supply for the predetermined time from the predetermined time The operation of the fuel cell power generation device is controlled based on the predicted power consumption and the predicted value of the hot water supply amount.
また、上記の燃料電池発電システムにおいて、前記給湯量予測手段は、前記所定の時刻以前の給湯量を予測用データとして保持する予測用データ保持手段と、前記予測用データ保持手段によって保持された予測用データを入力値としてニューラルネットワークモデルによって所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力を予測するニューロモデル予測手段と、前記ニューロモデル予測手段によって予測される時間帯と同一時間帯における前記給湯量の実測値を学習用データとして保持する学習用データ保持手段と、前記学習用データ保持手段によって保持された学習用データと、前記ニューロモデル予測手段によって予測される給湯量の予測値とに基づいて前記ニューロモデル予測手段のニューラルネットワークモデルを学習するニューロモデル学習手段とを含むことが好ましい。 Further, in the fuel cell power generation system, the hot water supply amount prediction means includes a prediction data holding means for holding the hot water supply amount before the predetermined time as prediction data, and a prediction held by the prediction data holding means. A neuro model predicting means for predicting a future power consumption for a predetermined time from a predetermined time by using a neural network model with the input data as an input value, and the hot water supply in the same time zone as the time zone predicted by the neuro model predicting means Based on learning data holding means for holding actual measurement values as learning data, learning data held by the learning data holding means, and a predicted value of hot water supply predicted by the neuro model prediction means A new neural network model learning means for learning the neural network model Preferably includes a model learning unit.
この構成によれば、所定の時刻以前の給湯量が予測用データとして保持され、予測用データを入力値としてニューラルネットワークモデルによって所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力および給湯量が予測され、予測される時間帯と同一時間帯における給湯量の実測値が学習用データとして保持され、保持された学習用データと予測される給湯量の予測値とに基づいてニューラルネットワークモデルの学習が行われる。 According to this configuration, the hot water supply amount before a predetermined time is stored as prediction data, and the future power consumption and hot water supply amount are predicted for a predetermined time from the predetermined time by the neural network model using the prediction data as an input value. The measured value of the hot water supply amount in the same time zone as the predicted time zone is held as learning data, and the neural network model is trained based on the stored learning data and the predicted hot water amount prediction value. Done.
また、上記の燃料電池発電システムにおいて、前記動作制御手段は、前記使用電力予測手段から得られる使用電力の予測値と前記給湯量予測手段から得られる給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量を予測し、予測した積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を越えないように発電電力を調整することが好ましい。 In the fuel cell power generation system, the operation control unit may be configured to use a current hot water storage system based on a predicted value of used power obtained from the used power prediction unit and a predicted value of hot water supply obtained from the hot water supply amount predicting unit. It is preferable to predict the accumulated hot water amount accumulated from the amount, and adjust the generated power so that the predicted accumulated hot water amount does not exceed a predetermined maximum hot water storage capacity.
この構成によれば、使用電力の予測値と給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量が予測され、予測された積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を越えないように発電電力が調整される。 According to this configuration, the accumulated hot water amount that is accumulated from the current hot water storage amount is predicted based on the predicted value of the electric power used and the predicted value of the hot water supply amount, and the predicted hot water storage amount is determined in advance. The generated power is adjusted so as not to exceed the possible amount.
また、上記の燃料電池発電システムにおいて、前記動作制御手段は、前記使用電力予測手段から得られる使用電力の予測値と前記給湯量予測手段から得られる給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量を予測し、予測した積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を越える場合、前記使用電力の予測値を微小に減少させる修正を行い、修正した使用電力の予測値と前記給湯量予測手段から得られる給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量をさらに予測することが好ましい。 In the fuel cell power generation system, the operation control unit may be configured to use a current hot water storage system based on a predicted value of used power obtained from the used power prediction unit and a predicted value of hot water supply obtained from the hot water supply amount predicting unit. The accumulated hot water amount accumulated from the amount is predicted, and when the predicted accumulated hot water amount exceeds the predetermined maximum hot water storage amount, a correction is made to slightly reduce the predicted value of the used power, and the corrected used power It is preferable to further predict the accumulated hot water storage amount integrated from the current hot water storage amount based on the predicted value of the hot water supply amount and the predicted value of the hot water supply amount obtained from the hot water supply amount prediction means.
この構成によれば、使用電力の予測値と給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量が予測され、予測された積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を越える場合、使用電力の予測値を微小に減少させる修正が行われ、修正した使用電力の予測値と給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量がさらに予測される。そして、予測された積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を下回る場合、最終的に求められた使用電力の予測値に基づいて燃料電池発電装置の動作が制御される。 According to this configuration, the accumulated hot water amount that is accumulated from the current hot water storage amount is predicted based on the predicted value of the electric power used and the predicted value of the hot water supply amount, and the predicted hot water storage amount is determined in advance. When the amount exceeds the possible amount, a correction is made to slightly reduce the predicted value of power usage, and the accumulated hot water amount accumulated from the current hot water storage amount based on the corrected predicted power usage value and predicted hot water supply amount is calculated. Further predicted. When the predicted accumulated hot water storage amount is less than a predetermined maximum hot water storage amount, the operation of the fuel cell power generation device is controlled based on the predicted value of the used electric power finally obtained.
また、上記の燃料電池発電システムにおいて、前記動作制御手段は、前記使用電力予測手段から得られる使用電力の予測値と前記給湯量予測手段から得られる給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量を予測し、予測した積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を越え、かつ前記使用電力予測手段から得られる使用電力の予測値が所定の下限値を所定の時間だけ連続して下回る場合に、最大貯湯可能量を超えた時刻から前記燃料電池発電装置の停止動作を行うことが好ましい。 In the fuel cell power generation system, the operation control unit may be configured to use a current hot water storage system based on a predicted value of used power obtained from the used power prediction unit and a predicted value of hot water supply obtained from the hot water supply amount predicting unit. The amount of accumulated hot water accumulated is estimated from the amount, the predicted accumulated hot water amount exceeds the predetermined maximum hot water storage amount, and the predicted value of the used power obtained from the used power prediction means has a predetermined lower limit value. It is preferable that the fuel cell power generation device is stopped from the time when the maximum hot water storage capacity is exceeded when it continuously falls below a predetermined time.
この構成によれば、使用電力の予測値と給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量が予測され、予測された積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を越え、かつ使用電力の予測値が所定の下限値を所定の時間だけ連続して下回る場合に、最大貯湯可能量を超えた時刻から燃料電池発電装置の停止動作が行われる。 According to this configuration, the accumulated hot water amount that is accumulated from the current hot water storage amount is predicted based on the predicted value of the electric power used and the predicted value of the hot water supply amount, and the predicted hot water storage amount is determined in advance. The fuel cell power generation device is stopped from the time when it exceeds the maximum allowable hot water storage amount when the allowable amount is exceeded and the predicted value of the power consumption is continuously below the predetermined lower limit value for a predetermined time.
また、上記の燃料電池発電システムにおいて、前記動作制御手段は、前記使用電力予測手段から得られる使用電力の予測値と前記給湯量予測手段から得られる給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量を予測し、予測した積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を越え、かつ前記使用電力予測手段から得られる使用電力の予測値が所定の下限値を所定の時間だけ連続して上回る場合に、前記予測値が所定の下限値を上回った時刻から前記燃料電池発電装置の起動に必要な時間を引いた時刻から前記燃料電池発電装置の起動動作を行うことが好ましい。 In the fuel cell power generation system, the operation control unit may be configured to use a current hot water storage system based on a predicted value of used power obtained from the used power prediction unit and a predicted value of hot water supply obtained from the hot water supply amount predicting unit. The amount of accumulated hot water accumulated is estimated from the amount, the predicted accumulated hot water amount exceeds the predetermined maximum hot water storage amount, and the predicted value of the used power obtained from the used power prediction means has a predetermined lower limit value. When the estimated value exceeds a predetermined lower limit value continuously for a predetermined time, the start operation of the fuel cell power generation device is performed from the time obtained by subtracting the time required for starting the fuel cell power generation device from the time when the predicted value exceeds a predetermined lower limit value. It is preferable.
この構成によれば、使用電力の予測値と給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量が予測され、予測された積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を越え、かつ使用電力の予測値が所定の下限値を所定の時間だけ連続して上回る場合に、予測値が所定の下限値を上回った時刻から燃料電池発電装置の起動に必要な時間を引いた時刻から燃料電池発電装置の起動動作が行われる。 According to this configuration, the accumulated hot water amount that is accumulated from the current hot water storage amount is predicted based on the predicted value of the electric power used and the predicted value of the hot water supply amount, and the predicted hot water storage amount is determined in advance. The time required to start the fuel cell power generator from the time when the predicted value exceeds the specified lower limit when the possible amount is exceeded and the predicted value of power used exceeds the specified lower limit continuously for a specified time. The starting operation of the fuel cell power generation device is performed from the time of subtracting.
本発明に係る燃料電池発電システムの制御方法は、電気機器に供給する発電電力を発生させる燃料電池発電装置を備える燃料電池発電システムの制御方法であって、前記電気機器が使用する使用電力を計測する電力計測ステップと、前記電力計測ステップにおいて計測された使用電力に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力を予測する使用電力予測ステップと、前記使用電力予測ステップにおいて予測された使用電力の予測値に基づいて前記燃料電池発電装置の動作を制御する動作制御ステップとを含む。 A control method for a fuel cell power generation system according to the present invention is a control method for a fuel cell power generation system including a fuel cell power generation device that generates generated power to be supplied to an electrical device, and measures the power used by the electrical device. Based on the power consumption measured in the power measurement step, a power usage prediction step for predicting future power usage for a predetermined time from a predetermined time, and a prediction in the power usage prediction step. And an operation control step for controlling the operation of the fuel cell power generator based on the predicted value of the used power.
この構成によれば、電気機器に供給する発電電力を発生させる燃料電池発電装置を備える燃料電池発電システムの制御方法では、電気機器が使用する使用電力が計測され、計測された使用電力に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力が予測され、予測された使用電力の予測値に基づいて燃料電池発電装置の動作が制御される。 According to this configuration, in the control method of the fuel cell power generation system including the fuel cell power generation device that generates the generated power to be supplied to the electrical equipment, the power usage used by the electrical equipment is measured, and based on the measured power usage Future power consumption is predicted for a predetermined time from a predetermined time, and the operation of the fuel cell power generator is controlled based on the predicted value of the predicted power usage.
また、上記の燃料電池発電システムの制御方法において、前記燃料電池発電装置を利用して給湯を行う給湯機器が供給する給湯量を計測する給湯計測ステップと、前記給湯計測ステップにおいて計測された給湯量に基づいて、所定の時刻から所定の時刻分だけ将来の給湯量を予測する給湯量予測ステップとをさらに含み、前記動作制御ステップは、前記使用電力予測ステップにおいて予測された使用電力の予測値と前記給湯量予測ステップにおいて予測された給湯量の予測値とに基づいて前記燃料電池発電装置の動作を制御するステップを含むことが好ましい。 Further, in the control method of the fuel cell power generation system, a hot water supply measuring step for measuring a hot water supply amount supplied by a hot water supply device that supplies hot water using the fuel cell power generation device, and a hot water supply amount measured in the hot water supply measurement step And a hot water supply amount prediction step of predicting a future hot water supply amount for a predetermined time from a predetermined time, and the operation control step includes a predicted value of the used power predicted in the used power prediction step, and It is preferable to include a step of controlling the operation of the fuel cell power generation device based on the predicted value of the hot water supply amount predicted in the hot water supply amount prediction step.
この構成によれば、電気機器に供給する発電電力を発生させる燃料電池発電装置を備える燃料電池発電システムの制御方法では、給湯機器が供給する給湯量が計測され、計測された給湯量に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の給湯量が予測され、予測された使用電力と給湯量の予測値に基づいて燃料電池発電装置の動作が制御される。 According to this configuration, in the control method of the fuel cell power generation system including the fuel cell power generation device that generates the generated power to be supplied to the electric device, the amount of hot water supplied by the hot water supply device is measured, and the measured amount of hot water is based on the measured amount of hot water. A future hot water supply amount is predicted for a predetermined time from a predetermined time, and the operation of the fuel cell power generation device is controlled based on the predicted use power and the predicted value of the hot water supply amount.
本発明の燃料電池発電システム及びその制御方法によれば、電気機器が使用する使用電力が計測され、計測された使用電力に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力が予測され、予測された使用電力の予測値に基づいて燃料電池発電装置の動作が制御されるので、家庭毎に異なる使用電力を予測して燃料電池発電装置の発電電力を効率的に制御することができ、省エネルギー化を実現することができる。 According to the fuel cell power generation system and the control method thereof of the present invention, the power used by the electrical equipment is measured, and the future power consumption is predicted for a predetermined time from a predetermined time based on the measured power used. Since the operation of the fuel cell power generation device is controlled based on the predicted value of the predicted power consumption, it is possible to efficiently control the power generation power of the fuel cell power generation device by predicting different power usage for each home. And energy saving can be realized.
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, about the same structure in each figure, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池発電システムの全体構成を示す図である。図1に示す燃料電池発電システム1は、燃料電池発電装置100、発電制御部(コントローラ)101、インバータ102及び電力計103を備えており、家電機器104及び商用電源105と接続されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a fuel cell power generation system according to a first embodiment of the present invention. A fuel cell power generation system 1 shown in FIG. 1 includes a fuel cell power generation device 100, a power generation control unit (controller) 101, an inverter 102, and a wattmeter 103, and is connected to a home appliance 104 and a commercial power source 105.
燃料電池発電装置100、インバータ102、電気機器の一例である家電機器104及び商用電源105は家庭内の電力系統に接続されている。電力計103は、家電機器104で使用する電力を測定する。電力計103はコントローラ101に接続されており、電力計103からコントローラ101に家電機器104の使用電力が送られる。家電機器104は、例えば冷蔵庫や洗濯機等の家庭で用いられる電気機器である。なお、電力計103に接続される家電機器は1つだけでなく複数であってもよい。 The fuel cell power generation device 100, the inverter 102, the home electric appliance 104, which is an example of an electric device, and the commercial power source 105 are connected to a home power system. The wattmeter 103 measures the power used by the home appliance 104. The wattmeter 103 is connected to the controller 101, and power used by the home appliance 104 is sent from the wattmeter 103 to the controller 101. The home appliance 104 is an electric device used at home, such as a refrigerator or a washing machine. Note that the number of home appliances connected to the wattmeter 103 may be not only one but also a plurality.
コントローラ101は、燃料電池発電装置100に接続されており、コントローラ101から燃料電池発電装置100に起動/停止の指令等が出力され、燃料電池発電装置100の動作を制御する。 The controller 101 is connected to the fuel cell power generation apparatus 100, and a start / stop command or the like is output from the controller 101 to the fuel cell power generation apparatus 100 to control the operation of the fuel cell power generation apparatus 100.
燃料電池発電装置100は、都市ガスなどの燃料から得られる水素を空気中の酸素と反応させることで、化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する。燃料電池発電装置100の発電電力はインバータ102に供給され、インバータ102から家電機器104に供給される。家電機器104で使用する使用電力が発電電力より大きい場合、インバータ102は、商用電源105から電力を購入(買電)し、不足分を補う。逆に、発電電力が使用電力よりも大きい場合、インバータ102は、発電電力の余剰分を商用電源105に売却(売電)する。なお、商用電源105が売電を許可していない場合は、余剰分は燃料電池発電装置100本体で処理されることとなる。燃料電池発電装置100の効率化を図るためには、できる限り買電及び売電を行わないほうがよい。そのため、コントローラ101では、電力計103によって計測される家電機器104の使用電力から、できる限り買電及び売電を行わないように適切に起動/停止の指令を送る必要がある。 The fuel cell power generation apparatus 100 generates hydrogen by converting chemical energy into electrical energy by reacting hydrogen obtained from fuel such as city gas with oxygen in the air. The power generated by the fuel cell power generation apparatus 100 is supplied to the inverter 102, and is supplied from the inverter 102 to the home appliance 104. When the power used by the home appliance 104 is greater than the generated power, the inverter 102 purchases (purchases) power from the commercial power source 105 to compensate for the shortage. Conversely, when the generated power is greater than the used power, the inverter 102 sells (sells) the surplus generated power to the commercial power source 105. When the commercial power source 105 does not permit power sale, the surplus is processed by the main body of the fuel cell power generation apparatus 100. In order to improve the efficiency of the fuel cell power generation apparatus 100, it is better not to purchase and sell power as much as possible. Therefore, the controller 101 needs to send a start / stop instruction appropriately so as not to purchase and sell power as much as possible from the power used by the home appliance 104 measured by the wattmeter 103.
図2は、図1に示すコントローラ101の構成を示すブロック図である。図2に示すコントローラ101は、使用電力予測部200、発電指令部(動作制御手段の一例に相当する)220及び電力計測部230を備えて構成される。 FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the controller 101 shown in FIG. The controller 101 shown in FIG. 2 includes a power usage prediction unit 200, a power generation command unit (corresponding to an example of an operation control unit) 220, and a power measurement unit 230.
電力計測部230は、家電機器104が使用する使用電力を計測する。使用電力予測部200は、電力計測部230によって計測された使用電力に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力を予測するものであり、ニューロモデル予測部202、ニューロモデル学習部203、予測用データ保持部204及び学習用データ保持部205を備えて構成される。 The power measurement unit 230 measures the power used by the home appliance 104. The power usage prediction unit 200 predicts future power usage for a predetermined time from a predetermined time based on the power usage measured by the power measurement unit 230. The neuro model prediction unit 202, the neuro model learning A unit 203, a prediction data holding unit 204, and a learning data holding unit 205.
ニューロモデル予測部202は、階層型のニューラルネットワークモデルを保持しており、ニューラルネットワークモデルによって所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力を予測する。なお、ニューラルネットワークモデルの特徴や学習方法などの詳細については、「甘利俊一編著、ニューラルネットの新展開、pp.73−86、(株)サイエンス社、1994年」に開示されているため、説明を省略する。本実施形態では、使用電力予測部200は、予測の当日の使用電力を1時間単位で24時間先まで予測する。 The neuro model prediction unit 202 holds a hierarchical neural network model, and predicts future power usage for a predetermined time from a predetermined time by the neural network model. Details of the features and learning methods of the neural network model are disclosed in “Shunichi Amari, New Development of Neural Networks, pp. 73-86, Science Co., Ltd., 1994”. Is omitted. In the present embodiment, the power usage prediction unit 200 predicts the power usage on the day of prediction up to 24 hours ahead in units of one hour.
図3は、図2のニューロモデル予測部202で使用するニューラルネットワークモデルの構成について説明するための図である。ニューラルネットワークモデル300は、階層型ニューラルネットワークであり、入力層、中間層及び出力層の3層を有している。このニューラルネットワークモデル300の構成としては、予測値を出力パラメータとし、予測値と因果関係の強いデータを入力パラメータとして構成することが予測精度の向上のために必要となる。そのため、出力パラメータは当日の使用電力予測値とし、入力パラメータは予測値との因果関係が強いと考えられる前日の使用電力としている。 FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration of a neural network model used in the neuro model prediction unit 202 of FIG. The neural network model 300 is a hierarchical neural network and has three layers: an input layer, an intermediate layer, and an output layer. As a configuration of the neural network model 300, it is necessary to improve prediction accuracy by using a predicted value as an output parameter and configuring data having a strong causal relationship with the predicted value as an input parameter. For this reason, the output parameter is the predicted power usage value for the day, and the input parameter is the power consumption for the previous day, which is considered to have a strong causal relationship with the predicted value.
本実施形態では、24時間先まで1時間単位で予測するため、ニューラルネットワークモデル300の出力パラメータは、「当日の0時台の使用電力予測値」、「当日の1時台の使用電力予測値」、・・・、「当日の23時台の使用電力予測値」の24個のデータを用い、入力パラメータは、「前日の0時台の使用電力」、「前日の1時台の使用電力」、・・・、「前日の23時台の使用電力」の24個のデータを用いている。なお、0時台の使用電力とは、0時から1時までに使用された電力の平均である。ニューラルネットワークモデルをこのような構成にすることによって、予測したい当日の0時を過ぎた時点で、前日の使用電力を入力することで、当日の使用電力が1時間単位で予測(24時間分の予測)できる。 In the present embodiment, since prediction is performed in units of one hour until 24 hours ahead, the output parameters of the neural network model 300 are “predicted power usage value of 0:00 on the current day” and “predicted power consumption value of the current time of 1:00”. ”, ..., 24 data of“ predicted power consumption at 23 o'clock for the day ”and input parameters are“ usage of power at 0 o'clock the previous day ”,“ power use at 1 o'clock the previous day ” ,..., 24 data of “power used at 23 o'clock the previous day” are used. The power used in the midnight range is an average of the power used from 0:00 to 1:00. By configuring the neural network model in this way, when the past day of 0:00 to be predicted is input, by inputting the previous day's power consumption, the power usage for the day is predicted in units of one hour (24 hours worth). Prediction).
また、ニューラルネットワークモデル300では、予測の精度を上げるために予測と実測との差(誤差)を逆誤差伝播法(バックプロパゲーション)により学習させることでニューラルネットワークモデル300の重み付け係数を修正する。 In the neural network model 300, the weighting coefficient of the neural network model 300 is corrected by learning the difference (error) between prediction and actual measurement by the reverse error propagation method (back propagation) in order to increase the accuracy of prediction.
予測用データ保持部204は、電力計測部230から使用電力を取得し、1時間単位での使用電力を過去24時間分だけ保持する。そして日付が更新された時点で、ニューラルネットワークモデル300の入力となる前日の使用電力としてニューロモデル予測部202に送付する。ニューロモデル予測部202では、送付された前日の使用電力をニューラルネットワークモデル300に入力することで、当日の24時間分の使用電力予測値を出力することができ、使用電力予測値は発電指令部220に送付され燃料電池発電装置100の起動/停止の動作を判定することができる。 The prediction data holding unit 204 acquires the used power from the power measuring unit 230 and holds the used power for one hour unit for the past 24 hours. Then, when the date is updated, it is sent to the neuro model prediction unit 202 as the power used on the previous day, which becomes the input of the neural network model 300. The neuro model prediction unit 202 can output the power usage predicted value for 24 hours on the current day by inputting the sent power usage of the previous day to the neural network model 300, and the power usage predicted value is the power generation command unit. 220, the operation of starting / stopping the fuel cell power generation apparatus 100 can be determined.
ニューラルネットワークモデル300では、予測の精度を上げるために使用電力予測値と、使用電力予測値に対応した時間の実際の使用電力(以下、使用電力実測値とする)との差(誤差)を逆誤差伝播法により学習させる必要がある。実際に精度を上げるための学習を行うためには、過去の数日分の使用電力予測値と使用電力実測値とが必要となる。そのため、学習用データ保持部205は、ニューロモデル予測部202から出力される24時間分の使用電力予測値と、それぞれの時間帯に対応する使用電力実測値を過去の数日分を保持し、それらを学習用データとして使用する。学習用データ保持部205は使用電力予測値の対象となる1日が過ぎた時点ですべて得られることになる使用電力実測値を電力計測部230から1時間単位での使用電力として保持しており、使用電力実測値が24時間分揃った時点でニューロモデル学習部203に出力する。このような動作を数日間行うことで、ニューロモデル学習部203には、数日分の使用電力予測値と使用電力実測値とがペアになったデータが確保でき、学習を行うことで、ニューロモデル予測部202のニューラルネットワークモデル300の重み係数を修正することができ、結果的に各家庭ごとの予測を精度よく行うことができる。 In the neural network model 300, in order to improve the prediction accuracy, the difference (error) between the predicted power consumption and the actual power consumption for the time corresponding to the predicted power consumption (hereinafter referred to as actual power consumption) is reversed. It is necessary to train by the error propagation method. In order to perform learning for actually improving accuracy, the power consumption prediction value and the power consumption measurement value for the past several days are required. Therefore, the learning data holding unit 205 holds the power usage predicted values for 24 hours output from the neuro model prediction unit 202 and the power usage measured values corresponding to the respective time zones for the past several days, They are used as learning data. The learning data holding unit 205 holds, from the power measuring unit 230, the used power actual value that will be obtained at the time when one day that is the target of the used power predicted value has passed, as the used power in units of one hour. When the measured power usage values are collected for 24 hours, they are output to the neuro model learning unit 203. By performing such an operation for several days, the neuro model learning unit 203 can secure a pair of data of predicted power usage and actual power usage for several days. The weight coefficient of the neural network model 300 of the model prediction unit 202 can be corrected, and as a result, prediction for each household can be performed with high accuracy.
なお、より精度を上げるためには、学習に利用するデータを分けたほうが良い。例えば平日の予測を行う場合であれば、学習に利用するデータも平日のデータを利用する方が効果的である。 In order to improve accuracy, it is better to divide the data used for learning. For example, in the case of predicting weekdays, it is more effective to use weekday data as data used for learning.
またニューラルネットワークモデル300が全く学習されていない初期状態においては、学習に必要なデータが数日間確保できて少なくとも1回以上学習を行った後に予測を行う必要がある。 In an initial state in which the neural network model 300 is not learned at all, it is necessary to make predictions after at least one learning has been performed and data necessary for learning can be secured for several days.
使用電力予測部200のニューロモデル予測部202から出力された0時台から23時台までの24時間分の使用電力予測値は、発電指令部220に出力される。発電指令部220は、予測値から燃料電池発電装置100が効率的に運転できるように起動/停止を判定し、判定結果に基づいて起動指示又は停止指示を燃料電池発電装置100に出力する。 The predicted power usage values for 24 hours from the 0 o'clock range to the 23 o'clock range output from the neuro model prediction unit 202 of the power usage prediction unit 200 are output to the power generation command unit 220. The power generation command unit 220 determines start / stop so that the fuel cell power generation apparatus 100 can be efficiently operated from the predicted value, and outputs a start instruction or a stop instruction to the fuel cell power generation apparatus 100 based on the determination result.
次に、使用電力予測部200より出力される使用電力予測値に基づく燃料電池発電装置100の動作判定について説明する。 Next, the operation determination of the fuel cell power generation device 100 based on the predicted used power value output from the used power prediction unit 200 will be described.
一般に燃料電池発電装置100の発電電力の可変範囲は、性能や効率の観点から上限値および下限値が設定されている。例えば家庭で利用される燃料電池発電装置100では、上限値が1kW、下限値が0.5kWなどに設定されており、使用電力が上下限値の範囲にあれば発電電力を使用電力に追従させる、つまり電主運転が可能である。 In general, the variable range of the generated power of the fuel cell power generation apparatus 100 is set to an upper limit value and a lower limit value from the viewpoint of performance and efficiency. For example, in the fuel cell power generation device 100 used at home, the upper limit value is set to 1 kW, the lower limit value is set to 0.5 kW, and the generated power follows the used power if the used power is within the upper and lower limit values. In other words, electric main operation is possible.
しかしながら、単に使用電力が上下限値の範囲に入った時点で起動/停止の判定を行うと効率上、非常に問題がある。なぜなら、燃料電池発電装置100は起動時には発電電力が徐々に立ち上がる中でポンプ動力や余熱などの立ち上がりロスが発生する。そのため、頻繁に起動/停止を行うことはロスが多発し効率上好ましくない。一般には、一度起動すると2時間から3時間程度は動作させることが必要になると言われている。以上のことから、発電指令部220では、所定時間、例えば3時間連続した使用電力の予測値から起動/停止を判定することにする。 However, if the start / stop determination is simply made when the power used falls within the range of the upper and lower limit values, there is a very problem in terms of efficiency. This is because, when the fuel cell power generation apparatus 100 is started up, a rise loss such as pump power or residual heat occurs while the generated power gradually rises. Therefore, frequent starting / stopping is not preferable in terms of efficiency due to frequent loss. Generally, it is said that it is necessary to operate for 2 to 3 hours once it is started. From the above, the power generation command unit 220 determines start / stop from a predicted value of power used for a predetermined time, for example, 3 hours.
図4は、図2の発電指令部220の動作を説明するためのフローチャートである。使用電力予測部200から運転当日の0時に24時間分の使用電力予測値が入力されると(ステップS1)、発電指令部220は、起動判定を行うために24時間分の使用電力予測値から、予め設定されている下限値を3時間連続して上回る場合の最初の時刻Tstartを検索する(ステップS2)。燃料電池発電装置100の起動に要する時間をΔTとすると、発電指令部220は、(Tstart−ΔT)時になると起動のための指令を出力する(ステップS3)。また停止判定を行うために、発電指令部220は24時間分の使用電力予測値から、予め設定されている下限値を3時間連続して下回る場合の最初の時刻Tstopを検索する(ステップS4)。そして発電指令部220は、Tstop時になると停止のための指令を燃料電池発電装置100に出力する(ステップS5)。 FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the power generation command unit 220 of FIG. When a predicted power usage value for 24 hours is input from the power usage prediction unit 200 at 0:00 on the day of operation (step S1), the power generation command unit 220 uses the power usage prediction value for 24 hours to make a start determination. The first time Tstart when the preset lower limit value is continuously exceeded for 3 hours is searched (step S2). Assuming that the time required to start up the fuel cell power generation apparatus 100 is ΔT, the power generation command unit 220 outputs a command for starting up at (Tstart−ΔT) (step S3). In addition, in order to perform the stop determination, the power generation command unit 220 searches for the first time Tstop when the predicted lower limit value for 24 hours falls below the preset lower limit value for 3 hours continuously (step S4). . Then, the power generation command unit 220 outputs a stop command to the fuel cell power generation apparatus 100 at the time of Tstop (step S5).
図5は、上述した一連の動作を行った場合の燃料電池発電装置100の発電電力と使用電力予測値との関係の一例を示した説明図である。なお、図5において、縦軸は使用電力を表し、横軸は時刻を表している。また、8時から16時までの間の使用電力予測値及び燃料電池発電装置100の発電電力については省略している。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the power generated by the fuel cell power generation apparatus 100 and the predicted power usage when the series of operations described above is performed. In FIG. 5, the vertical axis represents power usage, and the horizontal axis represents time. In addition, the predicted power usage from 8:00 to 16:00 and the power generated by the fuel cell power generation apparatus 100 are omitted.
起動判定においては、0時台から23時台までの使用電力予測値を検索し、3時間連続して発電電力の下限値を超える時間帯が検索される。図5に示す本例では、3時間連続して発電電力の下限値を超える時間帯が5時から始まっているためにTstart=5時となり、発電指令部220による起動の指令は(5−ΔT)時に出力される。起動指令を受けた燃料電池発電装置100は起動し、発電を開始する。このとき、燃料電池発電装置100の起動に必要な時間ΔTだけ早めに起動しているために、5時には使用電力予測値と同等な発電電力を供給することができる。またTstart=5時以降も少なくとも3時間は使用電力が発生していることが予め使用電力予測値から得られているために、起動後に少なくとも3時間は発電電力の余剰がなくなり停止の必要がなくなる。そのため、より効率的な立ち上げ運転が可能となる。 In the activation determination, a predicted power usage value from 0 to 23:00 is searched, and a time zone that exceeds the lower limit value of the generated power for three hours is searched. In this example shown in FIG. 5, since the time zone exceeding the lower limit value of the generated power for 3 consecutive hours starts at 5 o'clock, Tstart = 5 o'clock, and the start command by the power generation command unit 220 is (5-ΔT ) Is output. The fuel cell power generation device 100 that has received the start command starts and starts generating power. At this time, since the fuel cell power generation apparatus 100 is started earlier by the time ΔT required for starting the fuel cell power generation apparatus 100, it is possible to supply generated power equivalent to the predicted power consumption at 5 o'clock. In addition, since it is obtained in advance from the predicted power consumption that power consumption has been generated for at least 3 hours after Tstart = 5 o'clock, there is no surplus in generated power and no need to stop for at least 3 hours after startup. . Therefore, more efficient start-up operation is possible.
停止判定においても同様に0時台から23時台までの使用電力予測値を検索し3時間連続して発電電力の下限値を下回る時間帯が検索される。図5に示す本例では、3時間連続して発電電力の下限値を下回る時間帯が20時から始まっているためにTstop=20時となり、発電指令部220による停止の指令は20時に出力される。停止指令を受けた燃料電池発電装置100は停止されるがTstop=20時以降も少なくとも3時間は使用電力が下限値を下回っていることが予め使用電力予測値から得られているために、停止後に少なくとも3時間は再度起動を行う必要がなくなる。そのため、より効率的な停止運転が可能となる。 Similarly, in the stop determination, a predicted power usage value from 0 to 23:00 is searched, and a time zone that is lower than the lower limit value of the generated power is searched continuously for 3 hours. In this example shown in FIG. 5, Tstop = 20 o'clock because the time zone that falls below the lower limit of the generated power for 3 hours continuously starts at 20:00, and the stop command by the power generation command unit 220 is output at 20:00. The The fuel cell power generation device 100 that has received the stop command is stopped, but since Tstop = 20 o'clock, the power consumption is below the lower limit for at least 3 hours, because it is obtained in advance from the predicted power consumption value. It is no longer necessary to start up again for at least 3 hours later. Therefore, more efficient stop operation is possible.
図6は、図2の電力計測部230によって計測される使用電力について説明するための図である。なお、図6において、縦軸は家電機器によって使用される使用電力を表しており、横軸は時刻を表している。図6では、0時から24時までの間における1時間分の使用電力の変化を表している。 FIG. 6 is a diagram for explaining the power consumption measured by the power measurement unit 230 of FIG. Note that in FIG. 6, the vertical axis represents power used by home appliances, and the horizontal axis represents time. In FIG. 6, the change of the used electric power for 1 hour between 0 o'clock and 24:00 is represented.
上述したように、家電機器104の使用電力量は電力計103によって検出され、検出された値が電力計測部230で取得されて、使用電力予測部200に入力される。この場合、図6に示すように燃料電池発電装置100の発電電力で捕らえる電力は、発電電力の上限値までの電力となる。そのため、実際に発電電力に必要な使用電力は、図6の斜線で示した部分となり、上限値を超えた電力は関係ない。そこで、電力計測部230は、図6に示すように、発電電力の上限値を超えない部分(図6の斜線部分)を使用電力として取得し、使用電力予測部200に出力する。 As described above, the power consumption of the home appliance 104 is detected by the wattmeter 103, and the detected value is acquired by the power measurement unit 230 and input to the power consumption prediction unit 200. In this case, as shown in FIG. 6, the power captured by the power generated by the fuel cell power generation apparatus 100 is the power up to the upper limit value of the generated power. Therefore, the electric power actually required for the generated electric power is indicated by the hatched portion in FIG. 6, and the electric power exceeding the upper limit is not relevant. Therefore, as shown in FIG. 6, the power measurement unit 230 acquires a portion that does not exceed the upper limit value of the generated power (shaded portion in FIG. 6) as the used power, and outputs it to the used power prediction unit 200.
このように、家電機器104の使用電力が発電電力の上限値を超える場合、当該上限値が使用電力として計測されることによって、例えばヘアドライヤーや電子レンジ等のように短時間に急峻に立ち上がる電力で、実際には燃料電池発電装置100で捕らえない使用電力を除外することができ、結果的に実際の燃料電池発電装置100が捕らえる使用電力を予測することができるため、より効率のよい起動/停止の判定を行うことができる。 In this way, when the power used by the home appliance 104 exceeds the upper limit value of the generated power, the upper limit value is measured as the used power, so that the power rises sharply in a short time, such as a hair dryer or a microwave oven. Thus, the power used that is not actually captured by the fuel cell power generation device 100 can be excluded, and as a result, the power used by the actual fuel cell power generation device 100 can be predicted. A stop determination can be made.
ここで、家電機器104の使用電力を予測し、燃料電池発電装置100の動作を判定する燃料電池発電装置100の制御システムの動作について説明する。 Here, the operation of the control system of the fuel cell power generation apparatus 100 that predicts the power consumption of the home appliance 104 and determines the operation of the fuel cell power generation apparatus 100 will be described.
コントローラ101に内蔵されるタイマ(図示省略)によって予測を開始する時刻になったと判定されると、予測用データ保持部204は、予測用データをニューロモデル予測部202に出力する。本実施形態では、0時台から23時台までの24時間の使用電力を1時間単位で予測するので、0時になると予測用データ保持部204は、0時台から23時台までの各時間帯における使用電力を予測用データとしてニューロモデル予測部202に出力する。 When it is determined by a timer (not shown) built in the controller 101 that the prediction start time has come, the prediction data holding unit 204 outputs the prediction data to the neuro model prediction unit 202. In this embodiment, power consumption for 24 hours from 0:00 to 23:00 is predicted in units of one hour. Therefore, when 0:00 is reached, the prediction data holding unit 204 sets each time from 0:00 to 23:00. The power used in the band is output to the neuro model prediction unit 202 as prediction data.
ニューロモデル予測部202は、ニューラルネットワークモデルによって、燃料電池発電装置100の0時台から23時台までの24時間分だけ将来の使用電力を予測する。ニューロモデル予測部202によって予測された0時台から23時台までの各時間帯における使用電力の予測値は発電指令部220に出力される。 The neuro model prediction unit 202 predicts the future power usage of the fuel cell power generation apparatus 100 for 24 hours from 0:00 to 23:00 using a neural network model. The predicted value of the power used in each time zone from 0 o'clock to 23 o'clock predicted by the neuro model prediction unit 202 is output to the power generation command unit 220.
そして、発電指令部220は、燃料電池発電装置100の動作判定を行う。すなわち、発電指令部220は、ニューロモデル予測部202から出力された0時台から23時台までの各時間帯における使用電力の予測値が3時間連続して予め設定された下限値を超えている最初の時刻Tstartを検索する。 The power generation command unit 220 determines the operation of the fuel cell power generation apparatus 100. In other words, the power generation command unit 220 indicates that the predicted value of power used in each time zone from the 0 o'clock range to the 23 o'clock range output from the neuro model prediction unit 202 exceeds the lower limit set in advance for 3 hours. The first time Tstart is searched.
また、発電指令部220は、ニューロモデル予測部202から出力された0時台から23時台までの各時間帯における使用電力の予測値が3時間連続して予め設定された下限値を下回っている最初の時刻Tstopを検索する。 In addition, the power generation command unit 220 indicates that the predicted value of power used in each time zone from the 0 o'clock range to the 23 o'clock range output from the neuro model prediction unit 202 falls below a preset lower limit value for 3 hours continuously. The first time Tstop is searched.
時間はコントローラ101に内蔵されるタイマ(図示省略)によって計時されており、発電指令部220は、時刻Tstartから燃料電池発電装置100の起動に必要な時間ΔTを減算した時刻になると、燃料電池発電装置100に対して起動を指示する。また、発電指令部220は、時刻Tstopになると、燃料電池発電装置100に対して停止を指示する。 The time is counted by a timer (not shown) built in the controller 101, and the power generation command unit 220 subtracts the time ΔT necessary for starting the fuel cell power generation device 100 from the time Tstart, and then the fuel cell power generation Instruct the device 100 to start up. Further, the power generation command unit 220 instructs the fuel cell power generation device 100 to stop when the time Tstop is reached.
以上、本発明によれば使用電力予測部200において、家庭の使用電力実測値からニューラルネットワークモデル300の学習を行うことで、家庭ごとに異なる使用電力を24時間分予測でき、さらに発電指令部220で予測した使用電力に基づき頻繁な起動/停止を行わないように起動判定および停止判定ができるために、燃料電池発電装置100を効率的に運用することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the used power prediction unit 200 can predict the used power different for each home for 24 hours by learning the neural network model 300 from the measured used power value of the home. Since the start and stop determinations can be made so that frequent start / stop is not performed based on the power used predicted in step 1, the fuel cell power generation apparatus 100 can be operated efficiently.
なお、本発明では使用電力予測として当日の24時間を1時間単位で予測するようにしているが、時間数や単位数は24時間や1時間単位に限定されるものではなく、ニューラルネットワークモデル300の入力パラメータ及び出力パラメータの取り方次第では、例えば30分単位で6時間の使用電力予測なども容易に構成できる。 In the present invention, the 24 hours of the day is predicted in units of one hour as power consumption prediction, but the number of hours and the number of units are not limited to 24 hours or one hour, and the neural network model 300 is not limited. Depending on how the input parameters and output parameters are taken, it is possible to easily configure, for example, prediction of power consumption for 6 hours in 30 minute units.
また、本発明では使用電力を予測の対象としたが、給湯の使用量を検出すれば同様な構成で使用給湯予測も可能である。この例については、第2の実施形態において詳細に説明する。 Further, in the present invention, the electric power used is an object of prediction, but if the amount of hot water used is detected, the hot water supply can be predicted with the same configuration. This example will be described in detail in the second embodiment.
このように、家電機器104が使用する使用電力が計測され、計測された使用電力に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力が予測され、予測された使用電力の予測値に基づいて燃料電池発電装置100の起動及び停止の判定が行われるので、家庭毎に異なる使用電力を予測して燃料電池発電装置100の発電電力を効率的に制御することができ、省エネルギー化を実現することができる。 In this way, the power usage used by the home appliance 104 is measured, and based on the measured power usage, the future power usage is predicted for a predetermined time from a predetermined time, and the predicted value of the predicted power usage is predicted. Therefore, it is possible to efficiently control the power generated by the fuel cell power generation apparatus 100 by predicting the power used differently for each household, thereby reducing energy consumption. Can be realized.
また、所定の時刻以前の使用電力が予測用データとして保持され、予測用データを入力値としてニューラルネットワークモデル300によって所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力が予測され、予測される時間帯と同一時間帯における使用電力の実測値が学習用データとして保持され、保持された学習用データと、予測される使用電力の予測値とに基づいてニューラルネットワークモデル300の学習が行われる。したがって、家庭毎に異なる使用電力をより正確に予測することができる。 In addition, the power consumption before a predetermined time is stored as prediction data, and the future power consumption is predicted for a predetermined time from the predetermined time by the neural network model 300 using the prediction data as an input value. The actual measured value of power used in the same time zone as the band is stored as learning data, and the neural network model 300 is learned based on the stored learning data and the predicted value of power consumption to be predicted. Therefore, it is possible to more accurately predict the power usage that varies from home to home.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池発電システムについて説明する。第1の実施形態における燃料電池発電システムは、家電機器104が使用する使用電力に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力が予測され、予測された使用電力の予測値に基づいて燃料電池発電装置100の起動/停止の判断を行っている。これに対し、第2の実施形態における燃料電池発電システムは、燃料電池発電装置100を利用して給湯を行う給湯機器が供給する給湯量を計測し、計測された給湯量に基づいて、所定の時刻から所定の時刻分だけ将来の給湯量を予測し、使用電力の予測値と給湯量の予測値とに基づいて燃料電池発電装置100の動作を制御する。
(Second Embodiment)
Next, a fuel cell power generation system according to a second embodiment of the present invention will be described. In the fuel cell power generation system according to the first embodiment, based on the used power used by the home appliance 104, future used power is predicted for a predetermined time from a predetermined time, and the predicted value of the used power is calculated. Based on this, the start / stop of the fuel cell power generation apparatus 100 is determined. On the other hand, the fuel cell power generation system according to the second embodiment measures the amount of hot water supplied by a hot water supply device that supplies hot water using the fuel cell power generation apparatus 100, and determines a predetermined amount based on the measured amount of hot water. The amount of hot water supply in the future is predicted for a predetermined time from the time, and the operation of the fuel cell power generation apparatus 100 is controlled based on the predicted value of power consumption and the predicted value of the hot water supply amount.
図7は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池発電システムの全体構成を示す図である。図7に示す第2の実施形態における燃料電池発電システム2は、燃料電池発電装置100、発電制御部(コントローラ)101、インバータ102、電力計103、貯湯タンク106、バックアップバーナ107及び給湯負荷計109を備えて構成され、家電機器104、商用電源105、給湯機器108及び市水供給部110と接続されている。 FIG. 7 is a diagram showing an overall configuration of a fuel cell power generation system according to the second embodiment of the present invention. The fuel cell power generation system 2 in the second embodiment shown in FIG. 7 includes a fuel cell power generation device 100, a power generation control unit (controller) 101, an inverter 102, a power meter 103, a hot water storage tank 106, a backup burner 107, and a hot water supply load meter 109. And connected to the home appliance 104, the commercial power source 105, the hot water supply device 108, and the city water supply unit 110.
燃料電池発電装置100、インバータ102、家電機器104及び商用電源105は家庭内の電力系統に接続されている。電力計103は、家電機器104で使用する電力を測定する。また、貯湯タンク106、バックアップバーナ107、給湯機器108及び市水供給部110は家庭内の給湯系統に接続されている。給湯機器108とは例えば風呂、シャワー、洗面など住い手が湯を使用する場合の機器である。給湯負荷計109は、給湯機器108への給湯量と給湯温度、及び市水供給部110から供給される市水の水温を計測し、給湯機器108で使用する給湯負荷の熱量を測定する。以後、この給湯負荷の熱量のことを使用給湯熱量と呼ぶ。 The fuel cell power generation device 100, the inverter 102, the home appliance 104, and the commercial power source 105 are connected to a home power system. The wattmeter 103 measures the power used by the home appliance 104. The hot water storage tank 106, the backup burner 107, the hot water supply device 108, and the city water supply unit 110 are connected to a hot water supply system in the home. The hot water supply device 108 is a device used when a resident uses hot water such as a bath, a shower, and a bathroom. The hot water supply load meter 109 measures the amount of hot water supplied to the hot water supply device 108, the hot water supply temperature, and the temperature of city water supplied from the city water supply unit 110, and measures the amount of heat of the hot water supply load used by the hot water supply device 108. Hereinafter, the amount of heat of the hot water supply load is referred to as used hot water supply heat amount.
電力計103および給湯負荷計109はコントローラ101に接続されており、電力計103から家電機器104の使用電力が送られ、給湯負荷計109から給湯機器108の使用給湯熱量が送られる。コントローラ101は、燃料電池発電装置100に接続されており、コントローラ101から燃料電池発電装置100に発電指令が出力され、燃料電池発電装置100は発電指令に従って発電を行う。 The wattmeter 103 and the hot water supply load meter 109 are connected to the controller 101, and the electric power used by the home appliance 104 is sent from the wattmeter 103 and the used hot water supply amount of the hot water supply device 108 is sent from the hot water supply load meter 109. The controller 101 is connected to the fuel cell power generation device 100, and a power generation command is output from the controller 101 to the fuel cell power generation device 100. The fuel cell power generation device 100 generates power according to the power generation command.
燃料電池発電装置100は、都市ガスなどの燃料から得られる水素を空気中の酸素と反応させることで、化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する。燃料電池発電装置100の発電電力はインバータ102に供給され、インバータ102から家電機器104に供給される。家電機器104で使用する使用電力が発電電力より大きい場合、インバータ102は、商用電源105から電力を購入(買電)し、不足分を補う。逆に、発電電力が使用電力よりも大きい場合、インバータ102は、発電力の余剰分を商用電源105に売却(売電)する。なお、商用電源105が売電を許可していない場合は、余剰分は燃料電池発電装置100本体で処理されることとなる。 The fuel cell power generation apparatus 100 generates hydrogen by converting chemical energy into electrical energy by reacting hydrogen obtained from fuel such as city gas with oxygen in the air. The power generated by the fuel cell power generation apparatus 100 is supplied to the inverter 102, and is supplied from the inverter 102 to the home appliance 104. When the power used by the home appliance 104 is greater than the generated power, the inverter 102 purchases (purchases) power from the commercial power source 105 to compensate for the shortage. Conversely, when the generated power is larger than the used power, the inverter 102 sells (sells) the surplus power generated to the commercial power source 105. When the commercial power source 105 does not permit power sale, the surplus is processed by the main body of the fuel cell power generation apparatus 100.
また燃料電池発電装置100は、発電と同時に熱を生成する。生成された熱は、発電給湯熱として貯湯タンク106で湯として蓄えられることになる。貯湯タンク106に蓄えられた湯はユーザの要望に応じて給湯機器108から出湯される。この時、貯湯タンク106に所望の湯がない場合はバックアップバーナ107が湯を生成し給湯機器108に提供する。貯湯タンク106に湯がなくなる理由としては、家電機器104で使用される電力が少なく燃料電池発電装置100の発電電力が少ない場合や、給湯機器108で使用される給湯使用量が非常に多い場合が考えられる。逆に家電機器104で使用される電力が非常に多く燃料電池発電装置100の発電電力が多い場合や、給湯機器108で使用される給湯使用量が非常に少ない場合は、発電給湯熱が相対的に大きくなり貯湯タンク106が一杯になる場合がある。この場合は発電給湯熱を外部に放熱させることで廃棄するか、それ以上発電給湯熱が発生しないように燃料電池発電装置100を完全に停止させなければならず、再起動による立ち上がりロスなどが発生することになる。 The fuel cell power generation apparatus 100 generates heat simultaneously with power generation. The generated heat is stored as hot water in the hot water storage tank 106 as power generation hot water supply heat. Hot water stored in the hot water storage tank 106 is discharged from the hot water supply device 108 in response to the user's request. At this time, if there is no desired hot water in the hot water storage tank 106, the backup burner 107 generates hot water and provides it to the hot water supply device 108. Reasons for running out of hot water in the hot water storage tank 106 include a case where the electric power used by the home appliance 104 is small and the electric power generated by the fuel cell power generation apparatus 100 is small, or the amount of hot water used by the hot water supply device 108 is very large. Conceivable. On the contrary, when the electric power used by the home appliance 104 is very large and the generated power of the fuel cell power generation apparatus 100 is large, or when the amount of hot water used by the hot water supply device 108 is very small, the generated hot water is relatively The hot water storage tank 106 may become full. In this case, the fuel cell power generation device 100 must be completely stopped so that the generated hot water supply heat is dissipated to the outside or no further generated hot water supply heat is generated. Will do.
したがって、燃料電池発電装置100の効率化を図るためには、できるだけ貯湯タンク106の湯が一杯にならないように発電給湯熱を制御、つまり発電電力を適切に調整するための発電指令を送る必要がある。 Therefore, in order to increase the efficiency of the fuel cell power generation apparatus 100, it is necessary to control the power supply hot water supply heat so that the hot water in the hot water storage tank 106 is not filled as much as possible, that is, to send a power generation command for appropriately adjusting the generated power. is there.
図8は、図7に示すコントローラ101の構成を示すブロック図である。図8に示すコントローラ101は、使用電力予測部200、給湯量予測部240、発電指令部220、電力計測部230および給湯量計測部250を備えて構成される。 FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of the controller 101 shown in FIG. The controller 101 shown in FIG. 8 includes a power usage prediction unit 200, a hot water supply amount prediction unit 240, a power generation command unit 220, a power measurement unit 230, and a hot water supply amount measurement unit 250.
まずは使用電力について説明する。電力計測部230は、家電機器104が使用する使用電力を計測する。使用電力予測部200は、電力計測部230によって計測された使用電力に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力を予測するものであり、ニューロモデル予測部202、ニューロモデル学習部203、予測用データ保持部204及び学習用データ保持部205を備えて構成される。 First, the power used will be described. The power measurement unit 230 measures the power used by the home appliance 104. The power usage prediction unit 200 predicts future power usage for a predetermined time from a predetermined time based on the power usage measured by the power measurement unit 230. The neuro model prediction unit 202, the neuro model learning A unit 203, a prediction data holding unit 204, and a learning data holding unit 205.
ニューロモデル予測部202は、階層型のニューラルネットワークモデルを保持しており、ニューラルネットワークモデルによって所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力を予測する。なお、ニューラルネットワークモデルの特徴や学習方法などの詳細については、「甘利俊一編著、ニューラルネットの新展開、pp.73−86、(株)サイエンス社、1994年」に開示されているため、説明を省略する。本実施の形態では、使用電力予測部200は、予測する時刻以降の24時間先までの使用電力を1時間単位で予測する。 The neuro model prediction unit 202 holds a hierarchical neural network model, and predicts future power usage for a predetermined time from a predetermined time by the neural network model. Details of the features and learning methods of the neural network model are disclosed in “Shunichi Amari, New Development of Neural Networks, pp. 73-86, Science Co., Ltd., 1994”. Is omitted. In the present embodiment, the power usage predicting unit 200 predicts power usage up to 24 hours after the predicted time in units of one hour.
図9は、図8のニューロモデル予測部202で使用するニューラルネットワークモデルの構成について説明するための図である。ニューラルネットワークモデル310は、階層型ニューラルネットワークであり、入力層、中間層及び出力層の3層を有している。このニューラルネットワークモデル310の構成としては、予測値を出力パラメータとし、予測値と因果関係の強いデータを入力パラメータとして構成することが予測精度の向上のために必要となる。そのため、出力パラメータは当日の使用電力予測値とし、入力パラメータは予測値との因果関係が強いと考えられる前日の使用電力としている。 FIG. 9 is a diagram for explaining a configuration of a neural network model used in the neuro model prediction unit 202 of FIG. The neural network model 310 is a hierarchical neural network and has three layers: an input layer, an intermediate layer, and an output layer. As the configuration of the neural network model 310, it is necessary to improve the prediction accuracy by configuring the predicted value as an output parameter and configuring data having a strong causal relationship with the predicted value as an input parameter. For this reason, the output parameter is the predicted power usage value for the day, and the input parameter is the power consumption for the previous day, which is considered to have a strong causal relationship with the predicted value.
本実施の形態では、予測する時刻から24時間先まで1時間単位で予測するため、ニューラルネットワークモデル310の出力パラメータは、「予測する時刻台の使用電力予測値」、「(予測する時刻+1)台の使用電力予測値」、・・・、「(予測する時刻+23)台の使用電力予測値」の24個のデータを用い、入力パラメータは、「予測する時刻台と同じ前日の使用電力」、「(予測する時刻+1)台と同じ前日の使用電力」、・・・、「(予測する時刻+23)台と同じ前日の使用電力」の24個のデータを用いている。なお、予測する時刻台の使用電力とは、予測する時刻が0時の場合には0時から1時までに使用された電力の平均である。ニューラルネットワークモデルをこのような構成にすることによって、予測したい当日の0時を過ぎた時点で、前日の使用電力を入力することで、当日の予測時刻以降の使用電力が1時間単位で予測(24時間分の予測)できる。 In this embodiment, since prediction is performed in units of one hour from the predicted time to 24 hours ahead, the output parameters of the neural network model 310 are “predicted power usage value of predicted time base”, “(predicted time + 1)”. 24 data of “predicted power usage value”,..., “(Predicted time + 23) predicted power usage value”, and the input parameter is “the same power usage the previous day as the predicted time base” , “Used power of the same day as (predicted time + 1) units”,..., “Used power of the same day as (predicted time + 23) units” is used. Note that the predicted power consumption of the time base is an average of the power used from 0:00 to 1:00 when the predicted time is 0:00. By configuring the neural network model in this way, when the past day of 0:00 to be predicted is input, the previous day's used power is input, so that the used power after the predicted time of the day is predicted in units of one hour ( Prediction for 24 hours).
また、ニューラルネットワークモデル310では、予測の精度を上げるために予測と実測との差(誤差)を逆誤差伝播法(バックプロパゲーション)により学習させることでニューラルネットワークモデル310の重み付け係数を修正する。 In the neural network model 310, the weighting coefficient of the neural network model 310 is corrected by learning the difference (error) between the prediction and the actual measurement by the reverse error propagation method (back propagation) in order to increase the accuracy of the prediction.
予測用データ保持部204は、電力計測部230から使用電力を取得し、1時間単位での使用電力を過去24時間分だけ保持する。そして日付が更新された時点で、ニューラルネットワークモデル310の入力となる前日の使用電力としてニューロモデル予測部202に送付する。ニューロモデル予測部202では、送付された前日の使用電力をニューラルネットワークモデル310に入力することで、予測時刻以降の24時間分の使用電力予測値を出力することができ、使用電力予測値は発電指令部220に送付される。 The prediction data holding unit 204 acquires the used power from the power measuring unit 230 and holds the used power for one hour unit for the past 24 hours. Then, when the date is updated, it is sent to the neuro model prediction unit 202 as the power used on the previous day, which becomes the input of the neural network model 310. The neuro model prediction unit 202 can output the power consumption predicted value for 24 hours after the predicted time by inputting the transmitted power consumption of the previous day to the neural network model 310. It is sent to the command unit 220.
ニューラルネットワークモデル310では、予測の精度を上げるために使用電力予測値と、使用電力予測値に対応した時間の実際の使用電力(以下、使用電力実測値とする)との差(誤差)を逆誤差伝播法により学習させる必要がある。実際に精度を上げるための学習を行うためには、過去の数日分の使用電力予測値と使用電力実測値とが必要となる。そのため、学習用データ保持部205は、ニューロモデル予測部202から出力される24時間分の使用電力予測値と、それぞれの時間帯に対応する使用電力実測値を過去の数日分を保持し、それらを学習用データとして使用する。学習用データ保持部205は使用電力予測値の対象となる予測時刻が過ぎた時点で過去24時間分がすべて得られることになる使用電力実測値を電力計測部230から1時間単位での使用電力として保持しており、使用電力実測値が24時間分揃った時点でニューロモデル学習部203に出力する。このような動作を数日間行うことで、ニューロモデル学習部203には、数日分の使用電力予測値と使用電力実測値がペアになったデータが確保でき、学習を行うことで、ニューロモデル予測部202のニューラルネットワークモデル310の重み係数を修正することができ、結果的に家庭ごとの予測を精度よく行うことができる。 In the neural network model 310, in order to improve the prediction accuracy, the difference (error) between the predicted power usage value and the actual power usage for the time corresponding to the power usage prediction value (hereinafter referred to as power consumption actual measurement value) is reversed. It is necessary to train by the error propagation method. In order to perform learning for actually improving accuracy, the power consumption prediction value and the power consumption measurement value for the past several days are required. Therefore, the learning data holding unit 205 holds the power usage predicted values for 24 hours output from the neuro model prediction unit 202 and the power usage measured values corresponding to the respective time zones for the past several days, They are used as learning data. The learning data holding unit 205 uses the power measurement unit 230 to calculate the power usage value that is obtained for the past 24 hours when the predicted time that is the target of the power usage prediction value has passed. And is output to the neuro model learning unit 203 at the time when the measured power usage values are aligned for 24 hours. By performing such an operation for several days, the neuro model learning unit 203 can secure data in which the predicted power usage value and the actual power usage for several days are paired. The weighting coefficient of the neural network model 310 of the prediction unit 202 can be corrected, and as a result, prediction for each home can be performed with high accuracy.
なお、より精度を上げるためには、学習に利用するデータを分けたほうが良い。例えば平日の予測を行う場合であれば、学習に利用するデータも平日のデータを利用する方が効果的である。 In order to improve accuracy, it is better to divide the data used for learning. For example, in the case of predicting weekdays, it is more effective to use weekday data as data used for learning.
またニューラルネットワークモデル310が全く学習されていない初期状態においては、学習に必要なデータが数日間確保できて少なくとも1回以上学習を行った後に予測を行う必要がある。 In the initial state in which the neural network model 310 is not learned at all, it is necessary to make prediction after at least one learning is performed since data necessary for learning can be secured for several days.
使用電力予測部200のニューロモデル予測部202から出力された予測時刻から先の24時間分の使用電力予測値は、発電指令部220に出力される。 The predicted power usage value for the previous 24 hours from the prediction time output from the neuro model prediction unit 202 of the power usage prediction unit 200 is output to the power generation command unit 220.
次に給湯について説明する。給湯量計測部250は、給湯機器108が使用する給湯量を計測する。給湯量予測部240は、給湯量計測部250によって計測された給湯量に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の給湯量を予測するものであり、ニューロモデル予測部242、ニューロモデル学習部243、予測用データ保持部244及び学習用データ保持部245を備えて構成される。 Next, hot water supply will be described. The hot water supply measuring unit 250 measures the amount of hot water used by the hot water supply device 108. The hot water supply amount prediction unit 240 predicts a future hot water supply amount for a predetermined time from a predetermined time based on the hot water supply amount measured by the hot water supply amount measurement unit 250. The neuro model prediction unit 242 and the neuro model A learning unit 243, a prediction data holding unit 244, and a learning data holding unit 245 are provided.
給湯量予測部240の動作は基本的には使用電力予測部200と同様であるが、ニューロモデル予測部242で使用するニューラルネットワークモデルは図10に示すようになる。ニューラルネットワークモデル320は、階層型ニューラルネットワークであり、入力層、中間層及び出力層の3層を有している。このニューラルネットワークモデル320の構成としては、予測する時刻から24時間先まで1時間単位で予測するため、ニューラルネットワークモデル320の出力パラメータは、「予測する時刻台の給湯量予測値」、「(予測する時刻+1)台の給湯量予測値」、・・・、「(予測する時刻+23)台の給湯量予測値」の24個のデータを用い、入力パラメータは、「予測する時刻台と同じ前日の給湯量」、「(予測する時刻+1)台と同じ前日の給湯量」、・・・、「(予測する時刻+23)台と同じ前日の給湯量」の24個のデータを用いている。なお、予測する時刻台の給湯量とは、予測する時刻が0時の場合には0時から1時までに使用された給湯量の平均である。ニューラルネットワークモデルをこのような構成にすることによって、予測したい当日の0時を過ぎた時点で、前日の給湯量を入力することで、当日の予測時刻以降の給湯量が1時間単位で予測(24時間分の予測)できる。 The operation of the hot water supply amount prediction unit 240 is basically the same as that of the power consumption prediction unit 200, but the neural network model used in the neuro model prediction unit 242 is as shown in FIG. The neural network model 320 is a hierarchical neural network and has three layers: an input layer, an intermediate layer, and an output layer. As the configuration of the neural network model 320, since prediction is performed in units of one hour from the predicted time to 24 hours ahead, the output parameters of the neural network model 320 are “predicted value of hot water supply amount for predicted time base”, “(predicted). +1) Predicted hot water supply amount of units ", ...," Predicted time +23) Predicted hot water supply amount of units ", and the input parameters were the same day as the predicted time base 24 data of “the amount of hot water supply of the same day as the (predicted time + 1) stand”,..., “The amount of hot water supply of the same day as the (predicted time + 23) stand” are used. Note that the amount of hot water supply in the time base to be predicted is the average of the amount of hot water used from 0 o'clock to 1 o'clock when the predicted time is 0 o'clock. By configuring the neural network model in such a manner, when the past day of 0:00 to be predicted is passed, the amount of hot water supply after the predicted time of the day is predicted in units of one hour by inputting the amount of hot water supply of the previous day ( Prediction for 24 hours).
このように、所定の時刻以前の給湯量が予測用データとして保持され、予測用データを入力値としてニューラルネットワークモデル320によって所定の時刻から所定の時間分だけ将来の給湯量が予測され、予測される時間帯と同一時間帯における給湯量の実測値が学習用データとして保持され、保持された学習用データと、予測される給湯量の予測値とに基づいてニューラルネットワークモデル320の学習が行われる。したがって、家庭毎に異なる給湯量をより正確に予測することができる。 In this way, the hot water supply amount before a predetermined time is stored as prediction data, and the future hot water supply amount is predicted and predicted for a predetermined time from the predetermined time by the neural network model 320 using the prediction data as an input value. The actual measured value of the hot water supply amount in the same time zone as the learning time zone is stored as learning data, and the neural network model 320 is learned based on the stored learning data and the predicted predicted hot water supply amount. . Therefore, it is possible to predict the amount of hot water supply that varies from home to home more accurately.
以上の構成によりニューロモデル予測部242、ニューロモデル学習部243、予測用データ保持部244及び学習用データ保持部245の動作を使用電力予測部200と同様に行うと、ニューロモデル予測部242から予測時刻から先の24時間分の給湯量予測値が出力され、発電指令部220に出力される。 When the operations of the neuro model prediction unit 242, the neuro model learning unit 243, the prediction data holding unit 244, and the learning data holding unit 245 are performed in the same manner as the power usage prediction unit 200 with the above configuration, prediction is performed from the neuro model prediction unit 242. The predicted hot water supply amount for the previous 24 hours from the time is output and output to the power generation command unit 220.
発電指令部220では、使用電力予測値および給湯量予測値から燃料電池発電装置100が効率的に運転できるように発電電力を調整する。 The power generation command unit 220 adjusts the generated power so that the fuel cell power generation apparatus 100 can be efficiently operated from the predicted power usage value and the predicted hot water supply amount.
次に、発電指令部220の動作について説明する。図11は、図8の発電指令部220の動作を説明するためのフローチャートである。予測する時刻は1時間単位であるため、まず時刻が更新されると、予測値を更新することができるか否かを判断する(ステップS11)。予測値を更新することができないと判断された場合は(ステップS11でNO)、ステップS11の処理が繰り返し行われる。予測値を更新することができると判断された場合は(ステップS11でYES)、まず貯湯タンク106の現在の貯湯熱量Qnow[kWh]を貯湯タンク106から取得する(ステップS12)。現在の貯湯熱量Qnow[kWh]の一般的な算出方法は貯湯タンク106に温度センサなどを取り付けタンク内に残っている湯の温度分布を計測することで得ることができる。 Next, the operation of the power generation command unit 220 will be described. FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the power generation command unit 220 of FIG. Since the predicted time is in units of one hour, first, when the time is updated, it is determined whether or not the predicted value can be updated (step S11). If it is determined that the predicted value cannot be updated (NO in step S11), the process in step S11 is repeated. If it is determined that the predicted value can be updated (YES in step S11), first, the current hot water storage amount Qnow [kWh] of the hot water storage tank 106 is acquired from the hot water storage tank 106 (step S12). A general method for calculating the current amount of stored hot water Qnow [kWh] can be obtained by attaching a temperature sensor or the like to the hot water storage tank 106 and measuring the temperature distribution of the hot water remaining in the tank.
次に、使用電力予測部200及び給湯量予測部240からそれぞれ使用電力予測値Pgene(i)[kWh](i=1〜24)および給湯量予測値Phot(i)[kWh](i=1〜24)を24時間先まで1時間単位で取得する(ステップS13)。次に、発電電力指令値Pprof(i)[kWh]を算出するステップに入る。まず、発電電力指令値Pprof(i)[kWh]の初期値として使用電力予測値Pgene(i)[kWh]をセットする(ステップS14)。これは24時間先まで完全に電主運転を行った場合に相当する。次に発電電力指令値Pprof(i)[kWh]により燃料電池発電装置100が発電された場合に付加的に発生する熱量である発電給湯負荷Qgene(i)[kWh]を算出する。これは、下記の(1)式を用いて算出する(ステップS15)。
Qgene(i)[kWh]=Pprof(i)[kWh]×(給湯効率[%]/発電効率[%])・・・・(1)
Next, a predicted power usage value Pgene (i) [kWh] (i = 1 to 24) and a predicted hot water supply amount Photo (i) [kWh] (i = 1) from the power usage prediction unit 200 and the hot water supply amount prediction unit 240, respectively. To 24) are acquired in increments of one hour until 24 hours ahead (step S13). Next, the process enters a step of calculating the generated power command value Pprof (i) [kWh]. First, the power usage predicted value Pgene (i) [kWh] is set as the initial value of the generated power command value Pprof (i) [kWh] (step S14). This corresponds to the case where the main operation is performed completely up to 24 hours ahead. Next, the generated hot water supply load Qgene (i) [kWh], which is the amount of heat additionally generated when the fuel cell power generation apparatus 100 is generated by the generated power command value Pprof (i) [kWh], is calculated. This is calculated using the following equation (1) (step S15).
Qgene (i) [kWh] = Pprof (i) [kWh] × (hot-water supply efficiency [%] / power generation efficiency [%]) (1)
次に、現在時刻から予測できる24時間先までの貯湯タンクに加減される熱量である予測積算貯湯熱量Qadd(i)[kWh]を発電給湯負荷Qgene(i)[kWh]および給湯量予測値Phot(i)[kWh]より下記の(2)式を用いて算出する(ステップS16)。
Qadd(i)=Qgene(i)−Phot(i)+Qadd(i−1)・・・・(2)
Next, the predicted integrated hot water storage amount Qadd (i) [kWh], which is the amount of heat that is added to or subtracted from the hot water storage tank up to 24 hours ahead of the current time, can be used as the power generation hot water supply load Qgene (i) [kWh] and the predicted hot water supply amount Phot. (I) From [kWh], the following equation (2) is used for calculation (step S16).
Qadd (i) = Qgene (i) −Photo (i) + Qadd (i−1) (2)
次に、下記の(3)式に示すように、現在の貯湯熱量Qnow[kWh]と予測積算貯湯熱量Qadd(i)[kWh]とを加算した値が0より小さいか否かを判断する(ステップS17)。これは、使用電力予測値Pgene(i)[kWh]および給湯量予測値Phot(i)[kWh]に誤差が生じて、予想される貯湯タンクの貯湯熱量Qnow+Qadd(i)が数値上、マイナスになる場合を防止するものである。ここで、現在の貯湯熱量Qnow[kWh]と予測積算貯湯熱量Qadd(i)[kWh]とを加算した値が0以上である判断された場合(ステップS17でNO)、ステップS19に処理を移行する。一方、現在の貯湯熱量Qnow[kWh]と予測積算貯湯熱量Qadd(i)[kWh]とを加算した値が0より小さいと判断された場合(ステップS17でYES)、予測積算貯湯熱量(Qadd(i)[kWh])を下記の(4)式とする(ステップS18)。
Qnow+Qadd(i)<0・・・・(3)
Qadd(i)=−Qnow・・・・(4)
Next, as shown in the following equation (3), it is determined whether or not the value obtained by adding the current hot water storage amount Qnow [kWh] and the predicted integrated hot water storage amount Qadd (i) [kWh] is smaller than 0 ( Step S17). This is because there is an error in the predicted electric power usage value Pgene (i) [kWh] and the predicted hot water supply amount Photo (i) [kWh], and the predicted hot water storage heat quantity Qnow + Qadd (i) of the hot water storage tank is negative in terms of the numerical value. This is to prevent the case. If it is determined that the value obtained by adding the current hot water storage amount Qnow [kWh] and the predicted cumulative hot water storage amount Qadd (i) [kWh] is 0 or more (NO in step S17), the process proceeds to step S19. To do. On the other hand, if it is determined that the value obtained by adding the current hot water storage amount Qnow [kWh] and the predicted integrated hot water storage amount Qadd (i) [kWh] is smaller than 0 (YES in step S17), the predicted integrated hot water storage amount (Qadd ( i) [kWh]) is defined as the following equation (4) (step S18).
Qnow + Qadd (i) <0 (3)
Qadd (i) = − Qnow (4)
次に、発電指令部220は、現在の貯湯熱量Qnow[kWh]と予測積算貯湯熱量Qadd(i)[kWh]とを加算した値が0より小さいか否かの判断をi=24となるまで繰り返す(ステップS19,20)。 Next, the power generation command unit 220 determines whether or not the value obtained by adding the current hot water storage heat amount Qnow [kWh] and the predicted integrated hot water storage heat amount Qadd (i) [kWh] is smaller than 0 until i = 24. Repeat (steps S19 and S20).
次に、予測積算貯湯熱量Qadd(i)[kWh]が貯湯可能熱量Qmax−Qnowを越える時刻iを算出する(ステップS21,22,23)。ここで、Qmax[kWh]は最大貯湯可能熱量で、貯湯タンク106の大きさに依存する固定値である。予測積算貯湯熱量Qadd(i)[kWh]が貯湯可能熱量Qmax−Qnowを越えるということは貯湯タンク106が時刻iで一杯になることを意味する。すなわち、発電指令部220は、予測積算貯湯熱量Qadd(i)が、最大貯湯可能熱量Qmaxから現在の貯湯熱量Qnowを減算した値(貯湯可能熱量)よりも大きいか否かを判断する。そして、予測積算貯湯熱量Qadd(i)が貯湯可能熱量Qmax−Qnowよりも大きい場合(ステップS21でYES)、ステップS24に処理を移行し、予測積算貯湯熱量Qadd(i)が貯湯可能熱量Qmax−Qnow以下である場合(ステップS21でNO)、i=24であるか否かを判断する。i=24でない場合(ステップS22でNO)、iを1だけインクリメントし(ステップS23)、ステップS21に処理を戻す。 Next, a time i at which the predicted integrated hot water storage heat amount Qadd (i) [kWh] exceeds the hot water storage heat amount Qmax−Qnow is calculated (steps S21, 22, 23). Here, Qmax [kWh] is the maximum amount of heat that can be stored in hot water, and is a fixed value that depends on the size of the hot water storage tank 106. If the predicted integrated hot water storage heat amount Qadd (i) [kWh] exceeds the hot water storage possible heat amount Qmax-Qnow, it means that the hot water storage tank 106 becomes full at time i. That is, the power generation command unit 220 determines whether or not the predicted integrated hot water storage amount Qadd (i) is larger than a value obtained by subtracting the current hot water storage heat amount Qnow from the maximum hot water storage heat amount Qmax (hot water storage heat amount). If the predicted integrated hot water storage amount Qadd (i) is larger than the hot water storage possible heat amount Qmax-Qnow (YES in step S21), the process proceeds to step S24, and the predicted integrated hot water storage heat amount Qadd (i) is stored in the hot water storage possible heat amount Qmax- If it is equal to or less than Qnow (NO in step S21), it is determined whether i = 24. If i is not 24 (NO in step S22), i is incremented by 1 (step S23), and the process returns to step S21.
ここで、予測積算貯湯熱量Qadd(i)が貯湯可能熱量Qmax−Qnowを越える時刻iが存在する場合は、発電電力指令値Pprof(i)[kWh]を下記の(5)式を用いて修正する(ステップS24,25,26)。修正後はステップS15の処理に戻る。また、予測積算貯湯熱量Qadd(i)が貯湯可能熱量Qmax−Qnowを越える時刻iが存在しない場合は(ステップS22でYES)、予測時刻更新の待ち(ステップS11)に戻り、次の更新時刻を待つ。
Pprof(j)=Pprof(j)−ΔPprof・・・・(5)
Here, when there is a time i at which the predicted accumulated hot water storage amount Qadd (i) exceeds the hot water storage possible heat amount Qmax-Qnow, the generated power command value Pprof (i) [kWh] is corrected using the following equation (5). (Steps S24, 25, 26). After the correction, the process returns to step S15. If there is no time i at which the predicted accumulated hot water storage amount Qadd (i) exceeds the hot water storage possible heat amount Qmax-Qnow (YES in step S22), the process returns to waiting for the predicted time update (step S11), and the next update time is set. wait.
Pprof (j) = Pprof (j) −ΔPprof (5)
なお、上記(5)式において、j=iであり、ΔPprofは発電電力指令値Pprof(i)[kWh]を修正するための変化刻みであり、一般には十分小さい値(固定値)を設定しておく。 In the above equation (5), j = i, and ΔPprof is a change step for correcting the generated power command value Pprof (i) [kWh], and is generally set to a sufficiently small value (fixed value). Keep it.
以上の一連の動作により発電電力指令値Pprof(i)[kWh]が貯湯タンク106を一杯にしないように修正され、最終的に燃料電池発電装置100に送られる。燃料電池発電装置100は、発電指令部220から出力される発電電力指令値Pprof(i)[kWh]となるように発電を行う。 Through the series of operations described above, the generated power command value Pprof (i) [kWh] is corrected so as not to fill the hot water storage tank 106 and is finally sent to the fuel cell power generator 100. The fuel cell power generation apparatus 100 generates power so that the generated power command value Pprof (i) [kWh] is output from the power generation command unit 220.
図12は、燃料電池発電システムの発電電力と貯湯量との関係の一例を示す説明図である。図12には、現在時刻における使用電力予測値Pgene(i)[kWh]、給湯量予測値Phot(i)[kWh]、発電電力指令値Pprof(i)[kWh]、発電給湯負荷Qgene(i)[kWh]、予測積算貯湯熱量Qadd(i)[kWh]現在の貯湯熱量Qnow(i)[kWh]、最大貯湯可能熱量Qmax[kWh]の関係を示している。 FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the generated power of the fuel cell power generation system and the amount of stored hot water. FIG. 12 shows the predicted power usage value Pgene (i) [kWh], the hot water supply amount prediction value Phot (i) [kWh], the generated power command value Pprof (i) [kWh], and the generated hot water supply load Qgene (i). ) [KWh], predicted accumulated hot water storage amount Qadd (i) [kWh] Current hot water storage heat amount Qnow (i) [kWh], maximum hot water storage possible heat amount Qmax [kWh].
仮に、発電電力指令値Pprof(i)[kWh]が使用電力予測値Pgene(i)[kWh]に常に等しい運転、いわゆる電主運転を行った場合は予測積算貯湯熱量Qadd(i)[kWh]が「修正前」で示されるように、例えば10時間後のQadd(10)で貯湯タンク106の最大貯湯可能熱量Qmax[kWh]を越えてしまい、燃料電池発電装置100を停止、あるいはタンク熱量の一部を放熱する必要がありロスが発生してしまう。したがって、この場合は、ステップS11〜S27を繰り返すことで、発電電力指令値Pprof(i)[kWh]が修正され、最終的に予測積算貯湯熱量Qadd(i)[kWh]は「修正後」に示されるように修正され、最大貯湯可能熱量Qmax[kWh]を越えないようにすることができるのである。また、ステップS11〜S27の動作を1時間ごとに行うことで、常に24時間先まで予測積算貯湯熱量Qadd(i)[kWh]が最大貯湯可能熱量Qmax[kWh]を越えないで運転することができるために燃料電池発電装置100を停止、あるいはタンク熱量の一部を放熱によるロスの発生を抑制し、効率の良い運転を行うことができる。 If an operation in which the generated power command value Pprof (i) [kWh] is always equal to the predicted power usage value Pgene (i) [kWh], that is, a so-called main operation is performed, the predicted integrated hot water storage amount Qadd (i) [kWh] As indicated by “Before correction”, for example, in Qadd (10) after 10 hours, the maximum hot water storage heat capacity Qmax [kWh] of the hot water storage tank 106 is exceeded, and the fuel cell power generation device 100 is stopped or the amount of heat of the tank is increased. It is necessary to dissipate part of the heat, resulting in loss. Therefore, in this case, by repeating steps S11 to S27, the generated power command value Pprof (i) [kWh] is corrected, and the predicted integrated hot water storage heat amount Qadd (i) [kWh] is finally set to “after correction”. It can be modified as shown so as not to exceed the maximum heat storage capacity Qmax [kWh]. Further, by performing the operations of steps S11 to S27 every hour, it is possible to always operate until the predicted accumulated hot water storage heat amount Qadd (i) [kWh] does not exceed the maximum hot water storage heat amount Qmax [kWh] until 24 hours ahead. Therefore, it is possible to stop the fuel cell power generation apparatus 100, or to suppress the generation of loss due to heat dissipation for a part of the tank heat amount, and to perform efficient operation.
以上、本発明によれば発電指令部220が、使用電力予測部200からの使用電力予測値と給湯量予測部240からの給湯量予測値より、貯湯タンク106のお湯が一杯にならないような発電指令電力値を得ることができるために、電力や給湯の異なる利用環境の家庭ごとにでも省エネ性を確保した運転が可能となる。 As described above, according to the present invention, the power generation command unit 220 generates power so that the hot water in the hot water storage tank 106 does not become full based on the predicted power usage value from the power usage prediction unit 200 and the hot water supply amount prediction value from the hot water supply amount prediction unit 240. Since the command power value can be obtained, it is possible to operate with energy saving even in each home in different usage environments where power and hot water supply are different.
また、家電機器104が使用する使用電力及び給湯機器108が供給する給湯量が計測され、計測された使用電力及び給湯量に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力及び給湯量が予測され、予測された使用電力の予測値および給湯量の予測値に基づいて燃料電池発電装置100の発電電力の調整が行われるので、家庭毎に異なる使用電力および給湯量を予測して燃料電池発電装置100の発電電力を効率的に制御することができ、温水が貯湯タンク106に一杯になり熱を外部に放熱させたり燃料電池発電装置100を完全に停止させなければならず再起動による立ち上がりロスが発生するようなことがなくなり省エネルギー化を実現することができる。 In addition, the power used by the home appliance 104 and the amount of hot water supplied by the hot water supply device 108 are measured, and based on the measured used power and hot water supply, the future used power and hot water for a predetermined time from a predetermined time. The amount of power used is predicted, and the power generation power of the fuel cell power generation apparatus 100 is adjusted based on the predicted value of the predicted power usage and the predicted value of the hot water supply amount. The power generated by the fuel cell power generation apparatus 100 can be controlled efficiently, and the hot water fills up the hot water storage tank 106 to dissipate the heat to the outside or the fuel cell power generation apparatus 100 must be completely stopped and restarted. As a result, there will be no rise loss due to, and energy saving can be realized.
さらに、使用電力の予測値と給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量が予測され、予測された積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を越える場合、使用電力の予測値を微小に減少させる修正が行われ、修正した使用電力の予測値と給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量がさらに予測される。そして、予測された積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を下回る場合、最終的に求められた使用電力の予測値に基づいて燃料電池発電装置100の動作が制御される。したがって、燃料電池発電装置100を完全に停止させることなく発電電力を調整することで省エネルギーかを実現することができる。 Furthermore, the accumulated hot water amount accumulated from the current hot water storage amount is predicted based on the predicted value of the electric power used and the predicted value of the hot water supply amount, and the predicted accumulated hot water amount exceeds the predetermined maximum hot water storage amount. In this case, a correction for slightly reducing the predicted value of the used power is performed, and an accumulated hot water amount accumulated from the current hot water storage amount is further predicted based on the corrected predicted value of the used power and the predicted value of the hot water supply amount. . When the predicted accumulated hot water storage amount is below a predetermined maximum hot water storage amount, the operation of the fuel cell power generation apparatus 100 is controlled based on the predicted value of the used power finally obtained. Therefore, it is possible to realize energy saving by adjusting the generated power without completely stopping the fuel cell power generation apparatus 100.
なお、本発明の燃料電池発電システム2では電力計103や給湯負荷計109を含んだ構成にしているが、本発明は特にこれに限定されず、電力計103及び/又は給湯負荷計109を燃料電池発電システム2の外部に設け、データのみを取得する構成にしても所望の効果が得られることは言うまでもない。 Although the fuel cell power generation system 2 of the present invention includes the power meter 103 and the hot water supply load meter 109, the present invention is not particularly limited to this, and the power meter 103 and / or the hot water supply load meter 109 is used as the fuel. Needless to say, a desired effect can be obtained even if the battery power generation system 2 is provided outside the battery power generation system 2 to acquire only data.
なお、本実施形態では、燃料電池発電装置100の停止を行うことなく、燃料電池発電装置100を起動しながら、発電電力指令値を調節することによって、温水が貯湯タンクに一杯になるのを防止している。しかしながら、本発明は特にこれに限定されず、発電指令部220は、使用電力予測部200から得られる使用電力の予測値と、給湯量予測部240から得られる給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量を予測し、予測した積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を越え、かつ前記使用電力予測手段から得られる使用電力の予測値が所定の下限値を所定の時間だけ連続して下回る場合に、最大貯湯可能量を超えた時刻から燃料電池発電装置100の停止動作を行ってもよい。 In the present embodiment, hot water is prevented from filling the hot water storage tank by adjusting the generated power command value while starting the fuel cell power generation device 100 without stopping the fuel cell power generation device 100. doing. However, the present invention is not particularly limited to this, and the power generation command unit 220 is based on the predicted value of the used power obtained from the used power prediction unit 200 and the predicted value of the hot water amount obtained from the hot water supply amount prediction unit 240. The accumulated hot water amount accumulated from the current hot water storage amount is predicted, the predicted accumulated hot water amount exceeds the predetermined maximum hot water storage amount, and the predicted value of the used power obtained from the used power predicting means is a predetermined value. When the lower limit value is continuously decreased for a predetermined time, the fuel cell power generation device 100 may be stopped from the time when the maximum hot water storage capacity is exceeded.
また、発電指令部220は、使用電力予測部200から得られる使用電力の予測値と、給湯量予測部240から得られる給湯量の予測値とに基づいて現在の貯湯量から積算される積算貯湯量を予測し、予測した積算貯湯量が予め決められている最大貯湯可能量を越え、かつ使用電力予測部200から得られる使用電力の予測値が所定の下限値を所定の時間だけ連続して上回る場合に、予測値が所定の下限値を上回った時刻から燃料電池発電装置100の起動に必要な時間を引いた時刻から燃料電池発電装置100の起動動作を行う。これらの場合、燃料電池発電装置100を停止させるため再起動による立ち上がりロスが発生するものの、不要な発電を行わないので省エネルギー化を実現することができる。 Moreover, the power generation command unit 220 integrates the current hot water storage amount based on the predicted value of the used power obtained from the used power prediction unit 200 and the predicted value of the hot water supply amount obtained from the hot water supply amount prediction unit 240. Predicting the amount, the predicted accumulated hot water storage amount exceeds a predetermined maximum hot water storage amount, and the predicted value of the power usage obtained from the power usage prediction unit 200 continues a predetermined lower limit value for a predetermined time continuously. When exceeding, the starting operation of the fuel cell power generation device 100 is performed from the time obtained by subtracting the time required for starting the fuel cell power generation device 100 from the time when the predicted value exceeds the predetermined lower limit value. In these cases, the fuel cell power generation apparatus 100 is stopped, but a rise loss due to restart occurs. However, since unnecessary power generation is not performed, energy saving can be realized.
本発明に係る燃料電池発電システム及びその制御方法は、エンジンなどの他の発動手段を有する発電装置等にも利用が可能である。また、使用電力の変わりに使用湯量等の制御にも適用が可能である。 The fuel cell power generation system and the control method thereof according to the present invention can also be used for a power generation device having other starting means such as an engine. It can also be applied to control the amount of hot water used instead of the power used.
1,2 燃料電池発電システム
100 燃料電池発電装置
101 コントローラ
102 インバータ
103 電力計
104 家電機器
105 商用電源
106 貯湯タンク
107 バックアップバーナ
108 給湯機器
109 給湯負荷計
110 市水供給部
200 使用電力予測部
202,242 ニューロモデル予測部
203,243 ニューロモデル学習部
204,244 予測用データ保持部
205,245 学習用データ保持部
220 発電指令部
230 電力計測部
240 給湯量予測部
250 給湯量計測部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Fuel cell power generation system 100 Fuel cell power generation device 101 Controller 102 Inverter 103 Power meter 104 Household appliances 105 Commercial power supply 106 Hot water storage tank 107 Backup burner 108 Hot water supply equipment 109 Hot water supply load meter 110 City water supply part 200 Electric power use prediction part 202, 242 Neuro model prediction unit 203, 243 Neuro model learning unit 204, 244 Prediction data holding unit 205, 245 Learning data holding unit 220 Power generation command unit 230 Electric power measurement unit 240 Hot water supply amount prediction unit 250 Hot water supply amount measurement unit
Claims (13)
前記電気機器が使用する使用電力を計測する電力計測手段と、
前記電力計測手段によって計測された使用電力に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力を予測する使用電力予測手段と、
前記使用電力予測手段によって予測された使用電力の予測値に基づいて前記燃料電池発電装置の動作を制御する動作制御手段とを備えることを特徴とする燃料電池発電システム。 A fuel cell power generation system including a fuel cell power generation device that generates electric power to be supplied to an electrical device,
Power measuring means for measuring the power used by the electrical equipment;
Based on the used power measured by the power measuring means, a used power predicting means for predicting future used power for a predetermined time from a predetermined time;
An operation control means for controlling the operation of the fuel cell power generation device based on a predicted value of used power predicted by the used power prediction means.
前記予測用データ保持手段によって保持された予測用データを入力値としてニューラルネットワークモデルによって所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力を予測するニューロモデル予測手段と、
前記ニューロモデル予測手段によって予測される時間帯と同一時間帯における前記使用電力の実測値を学習用データとして保持する学習用データ保持手段と、
前記学習用データ保持手段によって保持された学習用データと、前記ニューロモデル予測手段によって予測される使用電力の予測値とに基づいて前記ニューロモデル予測手段のニューラルネットワークモデルを学習するニューロモデル学習手段とを含むことを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電システム。 The power consumption prediction means includes prediction data holding means for holding power consumption before the predetermined time as prediction data;
A neuro model predicting means for predicting a future power consumption for a predetermined time from a predetermined time by a neural network model using the prediction data held by the prediction data holding means as an input value;
Learning data holding means for holding, as learning data, measured values of the power used in the same time zone as predicted by the neuro model prediction means;
A neuro model learning means for learning a neural network model of the neuro model prediction means based on the learning data held by the learning data holding means and a predicted value of power consumption predicted by the neuro model prediction means; The fuel cell power generation system according to claim 1, comprising:
前記給湯計測手段によって計測された給湯量に基づいて、所定の時刻から所定の時刻分だけ将来の給湯量を予測する給湯量予測手段とをさらに備え、
前記動作制御手段は、前記使用電力予測手段によって予測された使用電力の予測値と前記給湯量予測手段によって予測された給湯量の予測値とに基づいて前記燃料電池発電装置の動作を制御することを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電システム。 Hot water supply measuring means for measuring the amount of hot water supplied by a hot water supply device that supplies hot water using the fuel cell power generator,
Based on the amount of hot water measured by the hot water measuring means, further comprising a hot water supply amount prediction means for predicting a future hot water supply amount for a predetermined time from a predetermined time,
The operation control means controls the operation of the fuel cell power generation device based on a predicted value of power consumption predicted by the power consumption prediction means and a predicted value of hot water amount predicted by the hot water supply amount prediction means. The fuel cell power generation system according to claim 1.
前記予測用データ保持手段によって保持された予測用データを入力値としてニューラルネットワークモデルによって所定の時刻から所定の時間分だけ将来の給湯量を予測するニューロモデル予測手段と、
前記ニューロモデル予測手段によって予測される時間帯と同一時間帯における前記給湯量の実測値を学習用データとして保持する学習用データ保持手段と、
前記学習用データ保持手段によって保持された学習用データと、前記ニューロモデル予測手段によって予測される給湯量の予測値とに基づいて前記ニューロモデル予測手段のニューラルネットワークモデルを学習するニューロモデル学習手段とを含むことを特徴とする請求項6記載の燃料電池発電システム。 The hot water supply amount prediction means includes prediction data holding means for holding the hot water supply amount before the predetermined time as prediction data;
A neuro model predicting means for predicting a future hot water supply amount for a predetermined time from a predetermined time by a neural network model using the prediction data held by the prediction data holding means as an input value;
Learning data holding means for holding, as learning data, an actual measurement value of the hot water supply amount in the same time zone as the time zone predicted by the neuro model prediction means;
A neuro model learning means for learning a neural network model of the neuro model prediction means based on the learning data held by the learning data holding means and the predicted value of the hot water amount predicted by the neuro model prediction means; The fuel cell power generation system according to claim 6, comprising:
前記電気機器が使用する使用電力を計測する電力計測ステップと、
前記電力計測ステップにおいて計測された使用電力に基づいて、所定の時刻から所定の時間分だけ将来の使用電力を予測する使用電力予測ステップと、
前記使用電力予測ステップにおいて予測された使用電力の予測値に基づいて前記燃料電池発電装置の動作を制御する動作制御ステップとを含むことを特徴とする燃料電池発電システムの制御方法。 A control method of a fuel cell power generation system including a fuel cell power generation device that generates electric power to be supplied to an electric device,
A power measurement step for measuring the power used by the electrical device;
Based on the power usage measured in the power measurement step, a power usage prediction step of predicting future power usage for a predetermined time from a predetermined time;
A control method for the fuel cell power generation system, comprising: an operation control step for controlling the operation of the fuel cell power generation device based on the predicted value of the power consumption predicted in the power consumption prediction step.
前記給湯計測ステップにおいて計測された給湯量に基づいて、所定の時刻から所定の時刻分だけ将来の給湯量を予測する給湯量予測ステップとをさらに含み、
前記動作制御ステップは、前記使用電力予測ステップにおいて予測された使用電力の予測値と前記給湯量予測ステップにおいて予測された給湯量の予測値とに基づいて前記燃料電池発電装置の動作を制御するステップを含むことを特徴とする請求項12記載の燃料電池発電システムの制御方法。 A hot water supply measuring step for measuring the amount of hot water supplied by a hot water supply device for supplying hot water using the fuel cell power generator; and
A hot water supply amount prediction step of predicting a future hot water supply amount from a predetermined time by a predetermined time based on the hot water supply amount measured in the hot water supply measurement step,
The operation control step is a step of controlling the operation of the fuel cell power generation device based on a predicted value of the used power predicted in the used power prediction step and a predicted value of the hot water supply amount predicted in the hot water supply amount prediction step. The method for controlling a fuel cell power generation system according to claim 12, comprising:
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