発電システム
【課題】太陽光発電装置の出力変動に対する応答性を向上して、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収すると共に、発電効率の低下を防止すること。
【解決手段】電力系統１に接続された一次巻線を備える固定子３ｂと二次巻線を備える回転子３ａとを有する二次励磁誘導発電機３と、回転子３ａを駆動するエンジンＧＥと、第一電力変換機４の直流側と第二電力変換機５の直流側とを接続する直流部７に接続された蓄電装置６及び太陽光発電装置ＰＶと、太陽光発電装置ＰＶにて発電された電力を一次巻線に供給するように第一電力変換機４の作動を制御し、エンジン出力を増減させるようにエンジンＧＥの作動を制御するエンジン出力制御を行うとともに、二次励磁誘導発電機３における一次巻線側の電力に応じて蓄電装置６を充放電させるように第一電力変換機４の作動を制御する充放電制御を行う制御手段８とが備えられている。
【解決手段】電力系統１に接続された一次巻線を備える固定子３ｂと二次巻線を備える回転子３ａとを有する二次励磁誘導発電機３と、回転子３ａを駆動するエンジンＧＥと、第一電力変換機４の直流側と第二電力変換機５の直流側とを接続する直流部７に接続された蓄電装置６及び太陽光発電装置ＰＶと、太陽光発電装置ＰＶにて発電された電力を一次巻線に供給するように第一電力変換機４の作動を制御し、エンジン出力を増減させるようにエンジンＧＥの作動を制御するエンジン出力制御を行うとともに、二次励磁誘導発電機３における一次巻線側の電力に応じて蓄電装置６を充放電させるように第一電力変換機４の作動を制御する充放電制御を行う制御手段８とが備えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に接続された電力負荷に対して電力を供給自在な発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような発電システムとして、最近では、環境意識の高まりから、太陽光発電装置にて発電した電力を電力負荷に供給自在な太陽光発電を用いたシステムの導入が進んでいる。今後、さらにＣＯ２排出量削減の観点から大量の太陽光発電装置が導入促進される可能性がある。太陽光発電装置の発電量は、日照量に影響されるため、天候の変化により大幅に変化する。そのため、太陽光発電装置の出力変動を吸収するための電源装置を備える必要がある。
一方、近年、環境性、経済性から、天然ガス等を燃料とするガスエンジンを用いたエンジンコージェネレーションシステムの導入も進められている。そこで、太陽光発電を用いたシステムとエンジンコージェネレーションシステムとを組み合わせて１つのシステムとして、エンジンコージェネレーションシステムにて太陽光発電装置の出力変動を吸収することが考えられる。
【０００３】
エンジンコージェネレーションシステムとしては、エンジンにて同期発電機を駆動させる同期発電機を用いたシステムが知られている。この同期発電機を用いたシステムでは、同期発電機にて一定周波数（５０〔Ｈｚ〕又は６０〔Ｈｚ〕）を出力するために、エンジンの回転速度が一定回転速度に制約されており、出力を定格から低下させる際に、発電効率が大きく低下することになる。
そこで、エンジンコージェネレーションシステムとして、発電効率の低下を防止しながら出力を変更させるために、エンジンにて二次励磁誘導発電機を駆動させる二次励磁誘導発電機を用いた装置を用いることが考えられる（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載のシステムでは、二次励磁誘導発電機の二次巻線に供給する交流の周波数を制御することで、出力を定格から低下させる場合でも、一定周波数（５０〔Ｈｚ〕又は６０〔Ｈｚ〕）を出力しながら、効率の面から良好な回転速度でエンジンを運転させることができ、発電効率の低下を防止することができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０１６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の如く、太陽光発電を用いたシステムとエンジンコージェネレーションシステムとを組み合わせた１つの発電システムでは、太陽光発電装置の出力が変動すると、その出力変動を吸収するように、エンジンコージェネレーションシステムにおけるエンジン出力を制御することになる。しかしながら、エンジン出力は、所望のエンジン出力に変更するようにエンジンの作動を制御してから、実際にエンジン出力を変更できるまでにはある程度の時間がかかる。即ち、応答遅れを伴う。したがって、比較的短時間で変動する太陽光発電装置の出力変動に対して、エンジン出力の出力変更の応答性が悪く、エンジン出力を制御するだけでは太陽光発電装置の出力変動を吸収することが困難となっていた。
【０００６】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、太陽光発電装置の出力変動に対する応答性を向上して、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収すると共に、発電効率の低下を防止することができる発電システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明に係る発電システムの特徴構成は、電力系統に接続された電力負荷に対して電力を供給自在な発電システムにおいて、
前記電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁誘導発電機と、前記回転子を駆動するエンジンと、交流側が前記一次巻線に接続された第一電力変換機と、交流側が前記二次巻線に接続された第二電力変換機と、前記第一電力変換機の直流側と前記第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続された蓄電装置及び太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置にて発電された直流電力を交流電力に変換して前記一次巻線に供給するように前記第一電力変換機の作動を制御し、エンジン出力を増減させるように前記エンジンの作動を制御するエンジン出力制御を行うとともに、前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力に応じて前記蓄電装置を充放電させるように前記第一電力変換機の作動を制御する充放電制御を行う制御手段とが備えられている点にある。
【０００８】
本特徴構成によれば、制御手段が、太陽光発電装置にて発電された直流電力を交流電力に変換して一次巻線に供給するように第一電力変換機の作動を制御するので、二次励磁誘導発電機の一次巻線には、二次励磁誘導発電機にて発電された電力と太陽光発電装置にて発電された電力とが供給される。二次励磁誘導発電機の一次巻線は、電力負荷が接続された電力系統に接続されているので、二次励磁誘導発電機にて発電された電力と太陽光発電装置にて発電された電力とを電力負荷に供給することができる。
【０００９】
太陽光発電装置の出力が変動した場合には、制御手段が、エンジン出力の増減と蓄電装置の充放電とによって太陽光発電装置の出力変動を吸収するように、エンジン出力制御と充放電制御とを行うことができる。
例えば、太陽光発電装置の出力が低下側に変動した場合には、制御手段がエンジン出力制御を行うと、その低下側への変動を吸収するようにエンジン出力を増加させるので、そのエンジン出力の増加に伴い二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力が増加する。しかしながら、実際にエンジン出力が増加するまでに時間がかかることから、太陽光発電装置の出力低下に対して二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力の増加が遅れてしまう。そこで、制御手段が充放電制御を行うことで、太陽光発電装置の出力変動のうち、エンジン出力制御では吸収できない短時間の出力変動分を補うように蓄電装置から放電させるべく、二次励磁誘導発電機における一次巻線側に供給する電力を増加させるように第一電力変換機の作動を制御することができる。
【００１０】
このようにして、エンジン出力制御によるエンジン出力の増減によって、太陽光発電装置の出力変動を吸収しながら、エンジン出力制御では吸収できない短時間の出力変動分については、充放電制御による蓄電装置の充放電によって補うことができる。したがって、太陽光発電装置の出力変動に対する応答性を向上して、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収すると共に、発電効率の低下を防止することができる。
【００１１】
本発明に係る発電システムでは、太陽光発電装置が、第一電力変換機の直流側と第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続されているので、太陽光発電装置にて発電さされた直流電力を交流電力に変換するための専用の電力変換装置を設けなくてもよく、それだけ構成の簡素化及びコストの低減を図ることができる。このように、本発明に係る発電システムは、太陽光発電を用いたシステムが導入されていない箇所に対して、太陽光発電装置にて発電された電力を電力負荷に供給できるとともに、その太陽光発電装置の出力変動にも適切に対応可能であり、しかも、発電効率の低下を防止することができる有用なシステムとして導入を促進することができるものである。
【００１２】
本発明に係る発電システムの更なる特徴構成は、前記制御手段は、前記エンジン出力制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と目標電力との差に応じてエンジン出力の増減量を制御し、前記充放電制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と目標電力との差、及び、前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力に基づいて、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力が前記目標電力となるように前記蓄電装置の充放電量を制御している点にある。
【００１３】
太陽光発電装置の出力変動が生じると、電力系統と電力負荷との間の電力が変動するので、その電力と目標電力との間に太陽光発電装置の出力変動の大きさに応じた差が生じることになる。そこで、本特徴構成によれば、エンジン出力制御において、制御手段が電力系統と電力負荷との間の電力と目標電力との差に応じてエンジン出力の増減量を制御することで、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収するようにエンジン出力を増減させることができる。エンジン出力が増減すると、二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力も変動することから、その二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力変動分は、実際のエンジン出力の増減分に応じた大きさとなる。したがって、電力系統と電力負荷との間の電力と目標電力との差と、二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力変動分との間には、エンジン出力制御では吸収できない短時間の出力変動分の大きさに応じた差が生じることになる。そこで、本特徴構成によれば、充放電制御において、電力系統と電力負荷との間の電力と目標電力との差、及び、二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力に基づいて、電力系統と電力負荷との間の電力が目標電力となるように蓄電装置の充放電量を制御することで、エンジン出力制御では吸収できない短時間の出力変動分を適切に補うように蓄電装置の充放電量を制御することができる。
【００１４】
本発明に係る発電システムの更なる特徴構成は、前記制御手段は、前記エンジン出力制御及び前記充放電制御の実行中に、前記電力系統と前記電力負荷との間の受電量が目標受電量となった場合には、前記蓄電装置の充放電量がゼロとなるように、前記第一電力変換機の作動を制御するように構成されている点にある。
【００１５】
上述の如く、制御手段がエンジン出力制御と充放電制御とを行うことで、充放電制御による蓄電装置の充放電により短時間の出力変動分を補いながら、エンジン出力制御によるエンジン出力の増減よって太陽光発電装置の出力変動を吸収することができる。したがって、太陽光発電装置の出力変動により、電力系統と電力負荷との間の受電量と目標受電量との間に差が生じても、制御手段がエンジン出力制御と充放電制御とを行うことで、電力系統と電力負荷との間の受電量を目標受電量とすることができる。このようにして、電力系統と電力負荷との間の受電量が目標受電量となると、それ以降は、エンジン出力制御によるエンジン出力の増減のみによって太陽光発電装置の出力変動を吸収することができる。そこで、本特徴構成によれば、このような場合に、制御手段が、蓄電装置の充放電量がゼロとなるように第一電力変換機の作動を制御する。これにより、充放電制御による蓄電装置の充放電により短時間の出力変動分を補った後、及び、その後においては、蓄電装置の充放電を極力行うことなく、太陽光発電装置の出力と二次励磁誘導発電機の出力とから電力負荷にて消費される電力を賄うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る発電システムの概略構成を示す図
【図２】本発明に係る発電システムにおいて太陽光発電装置の出力変動が生じた場合の出力の変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る発電システムの実施形態について図面に基づいて説明する。
この発電システム１００は、図１に示すように、太陽光発電を用いたシステムとエンジンコージェネレーションシステムとを１つのシステムとして組み合わせたものであり、電力系統１に接続された電力負荷２に、二次励磁誘導発電機３及び太陽光発電装置ＰＶにて発電した電力を供給自在に構成されている。これにより、二次励磁誘導発電機３の出力と太陽光発電装置ＰＶの出力とによって電力負荷２にて消費される電力を賄うように構成されている。二次励磁誘導発電機３の出力と太陽光発電装置ＰＶの出力とで電力負荷２にて消費される電力を賄うことができない場合には、その不足分を電力系統１から供給される電力にて補うようにしている。電力負荷２としては、電力を消費する各種の電力機器を適応することができ、例えば、冷暖房設備が備える室内機や室外機、或いは電灯等がある。
【００１８】
発電システム１００は、二次励磁誘導発電機（二重給電巻線型誘導発電機）３と、ガスエンジンＧＥと、第一電力変換機４と、第二電力変換機５と、蓄電装置６と、太陽光発電装置ＰＶとを備えて構成されている。発電システム１００には、ガスエンジンＧＥのエンジン出力を増減させるようにガスエンジンＧＥの作動を制御するとともに、第一電力変換機４及び第二電力変換機５の作動を制御する制御装置８（制御手段に相当する）が備えられている。
【００１９】
二次励磁誘導発電機３は、電力系統（商用電力系統）１と同じ周波数（例えば、５０［Ｈｚ］や６０［Ｈｚ］）の電力（三相の交流電力）を発電し、その電力を電力負荷２や電力系統１に供給自在に構成されている。二次励磁誘導発電機３は、一次巻線（図示せず）を備える固定子３ｂ（ステータ）と、二次巻線（図示せず）を備える回転子３ａ（ロータ）とを有している。固定子３ｂが備える一次巻線は、電力系統１及び電力負荷２に接続されている。一方、回転子３ａが備える二次巻線は、第二電力変換機５、直流部７、第一電力変換機４を介して電力系統１及び電力負荷２に接続されている。
【００２０】
二次励磁誘導発電機３について、固定子３ｂが備える一次巻線側を「二次励磁誘導発電機の一次側」とし、回転子３ａが備える二次巻線側を「二次励磁誘導発電機の二次側」としている。したがって、二次励磁誘導発電機３の一次側の電力（電圧、電流）の周波数が、電力負荷１や電力系統２に供給される電力の周波数となる。
【００２１】
ガスエンジンＧＥは、二次励磁誘導発電機３の回転子３ａに機械的に連結されており、回転子３ａを回転駆動する。ガスエンジンＧＥの出力軸は、回転子３ａと一体回転するように直結されており、ガスエンジンＧＥの回転速度と回転子３ａの回転速度とは等しくなるように構成されている。ガスエンジンＧＥは、例えば、都市ガスを燃料とするエンジンであり、電力と熱との双方を供給自在なエンジンコージェネレーションシステムの駆動源として設けられている。ちなみに、ガスエンジンＧＥに代えて、ガソリン、軽油、重油等を燃料とするエンジンとすることも可能である。
【００２２】
第一電力変換機４の交流側（図１における上側）が、二次励磁誘導発電機３の固定子３ｂ（一次巻線）に接続されているとともに、電力系統１及び電力負荷２に接続されている。第一電力変換機４の直流側（図１における下側）が直流部７に接続されている。第二電力変換機５の交流側（図１における下側）が、二次励磁誘導発電機３の回転子３ａ（二次巻線）に接続されている。第二電力変換機５の直流側（図１における上側）が直流部７に接続されている。第一電力変換機４及び第二電力変換機５の夫々は、直流側の直流電力を交流電力に変換（逆変換）して交流側に供給するインバータとしての機能と、交流側の交流電力を直流電力に変換（順変換）して直流側に供給するコンバータとしての機能との双方を果たすことが可能に構成されている。このような第一電力変換機４や第二電力変換機５は、例えば、複数（例えば６個）のスイッチング素子を備えて構成されている。
【００２３】
直流部７は、第一電力変換機４の直流側と第二電力変換機５の直流側とを接続する部分である。直流部７には蓄電装置６とＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して太陽光発電装置ＰＶとが接続されている。蓄電装置６は、例えば、蓄電池や電気二重層キャパシタ等で構成され、直流部７に対して電力を供給して放電すること、及び直流部７から電力の供給を受けて充電することが可能に構成されている。太陽光発電装置ＰＶは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して、直流部７に対して発電した電力を供給可能に構成されている。
【００２４】
図１では、図示を省略しているが、この発電システム１００には、固定子３ｂが備える一次巻線と電力系統１との接続を断続するスイッチが備えられているとともに、所定の周波数成分を除去するフィルタや変圧器等も必要に応じて所望の箇所に備えられている。
【００２５】
発電システム１００は、発電電力の周波数（電圧、電流の周波数）に関して自由度の高いシステムとなっている。この点については、上記特許文献１にも記載されているように、公知技術であるので、詳細な説明は省略して簡単に説明する。
【００２６】
発電システム１００の発電電力の周波数（二次励磁誘導発電機３の一次側に誘起される一次側電圧）をｆ１とし、回転子３ａの回転周波数をｆ０とし、回転子３ａの二次巻線を励磁するために二次巻線に供給される交流電流（交流電圧）の周波数をｆ２とすると、「ｆ１＝ｆ０＋ｆ２」となる。
ここで、回転子３ａの回転周波数ｆ０は、回転子３ａの回転速度をｍ［ｒｐｍ］とし、二次励磁誘導発電機３の磁極数をｎとして、「ｆ０＝ｍ×ｎ／１２０」から求まる。
【００２７】
例えば、回転子３ａの回転速度が１１００［ｒｐｍ］であり、二次励磁誘導発電機３の磁極数が「６」の場合には、回転子３ａの回転周波数ｆ０は５５［Ｈｚ］となる。よって、この場合に、制御装置８が第二電力変換機５を制御して二次巻線に周波数が５［Ｈｚ］の交流電流（交流電圧）を供給すれば（ｆ２＝５［Ｈｚ］）、周波数が６０［Ｈｚ］の交流電力を得ることができる。また、逆に、制御装置８が第二電力変換機５を制御して二次巻線から周波数が５［Ｈｚ］の交流電流（交流電圧）を取り出せば（ｆ２＝−５［Ｈｚ］）、周波数が５０［Ｈｚ］の交流電力を得ることができる。
【００２８】
このように、ガスエンジンＧＥを効率の面で良好となる一定の回転速度にて運転させて、回転子３ａの回転速度を一定としても、回転子３ａの二次巻線に供給する交流電流の周波数ｆ２（上記のように、二次巻線から交流電流を取り出す場合には負の値となる。）を変えることで発電電力の周波数ｆ１を変化させることができる。これにより、効率の良い運転条件でガスエンジンＧＥを運転させることができながら、発電システム１００の出力を変更させることができる。したがって、発電システム１００の出力を定格よりも低下させた部分負荷運転としても、発電効率を高い状態に維持することができる。
【００２９】
制御装置８は、太陽光発電装置ＰＶにて発電された直流電力を交流電力に変換して二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線に供給するように第一電力変換機４の作動を制御している。二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線側の第１出力検出点Ｓ１には第３電流センサ１３が設けられており、太陽光発電装置ＰＶの出力（直流電力）を検出している。この第３電流センサ１３の検出情報が制御装置８に入力されている。これにより、制御装置８は、太陽光発電装置ＰＶの出力（直流電力）を監視しており、その太陽光発電装置ＰＶの出力分だけ固定子３ｂの一次巻線に供給するように、第一電力変換機４の交流側への出力を制御している。その結果、発電システム１００は、太陽光発電装置ＰＶにて発電された電力が常時出力されて、電力負荷２に供給されるように構成されている。
【００３０】
このような発電システム１００では、天候の変化により太陽光発電装置ＰＶの出力が変動するので、電力負荷２への電力供給を安定して行うためには、その太陽光発電装置ＰＶの出力変動を吸収することが必要となる。そこで、本発明に係る発電システム１００では、太陽光発電装置ＰＶの出力変動を吸収するために、制御装置８が、ガスエンジンＧＥの作動を制御するとともに、第一電力変換機４の作動を制御する出力変動吸収運転を行うように構成されている。
【００３１】
出力変動吸収運転では、制御装置８が、エンジン出力を増減させるようにガスエンジンＧＥの作動を制御するエンジン出力制御を行うとともに、二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線側の電力に応じて蓄電装置６を充放電させるように第一電力変換機４の作動を制御する充放電制御を行うように構成されている。この出力変動吸収運転を行うために、制御装置８には、エンジン出力制御を行うエンジン出力制御部９と充放電制御を行う充放電制御部１０とが備えられている。
【００３２】
出力変動吸収運転におけるエンジン出力制御では、エンジン出力制御部９が、電力系統１と電力負荷２との間の電力と目標電力（例えば、ゼロ又は任意の一定値）との差に応じてエンジン出力の増減量を制御している。電力系統１と電力負荷２との間の第１電流検出点Ｄ１には、その第１電流検出点Ｄ１での電流の大きさ・向きを検出する第１電流センサ１１が設けられている。エンジン出力制御部９は、その第１電流センサ１１にて検出した電流（電力系統１と電力負荷２との間の電力）と目標電流（目標電力）との目標差を求め、その目標差を吸収するためのエンジン出力の増減量を求め、その求めた増減量だけエンジン出力を増減させるべく、ガスエンジンＧＥの作動を制御するように構成されている。
【００３３】
第１電流検出点Ｄ１の電流が目標電流となっている状態で太陽光発電装置ＰＶの出力が低下側に変動すると、電力系統１から供給される電力が増加するので、第１電流検出点Ｄ１の電流が目標電流よりも増加する。そこで、第１電流センサ１１にて検出した電流が目標電流よりも大きい場合には、エンジン出力制御部９が、第１電流センサ１１にて検出した電流と目標電流との目標差に応じたエンジン出力の増加量を求め、その求めた増加量だけエンジン出力を増加させるべく、ガスエンジンＧＥの作動を制御している。
逆に、第１電流検出点Ｄ１の電流が目標電流となっている状態で太陽光発電装置ＰＶの出力が増加側に変動して、第１電流センサ１１にて検出した電流が目標電流よりも小さくなった場合には、エンジン出力制御部９が、第１電流センサ１１にて検出した電流と目標電流との目標差に応じたエンジン出力の低下量を求め、その求めた低下量だけエンジン出力を低下させるべく、ガスエンジンＧＥの作動を制御している。
【００３４】
出力変動吸収運転における充放電制御では、充放電制御部１０が、電力系統１と電力負荷２との間の電力と目標電力との差、及び、二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線側の電力に基づいて、電力系統１と電力負荷２との間の電力が目標電力となるように蓄電装置６の充放電量を制御している。二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線側の第２電流検出点Ｄ２には、電流の大きさ・向きを検出する第２電流センサ１２が設けられている。充放電制御部１０は、第１電流センサ１１にて検出した電流と目標電流との差、及び、第２電流センサ１２にて検出した電流に基づいて、第１電流センサ１１にて検出する電流が目標電流となるように蓄電装置６の充放電量を求め、その求めた充放電量だけ蓄電装置６から充放電させるべく、第一電力変換機４の作動を制御するように構成されている。
【００３５】
第１電流センサ１１にて検出した電流が目標電流よりも大きい場合には、充放電制御部１０が、第１電流センサ１１にて検出した電流と目標電流との目標差を求め、その求めた目標差と第２電流センサ１２にて検出した電流との差を補うための蓄電装置６の放電量を求め、その求めた放電量だけ蓄電装置６から二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線に供給するべく、直流部７の直流電力を交流電力に変換して二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線に供給するインバータとして機能するように第一電力変換機４の作動を制御している。
逆に、第１電流センサ１１にて検出した電流が目標電流よりも小さい場合には、充放電制御部１０が、第１電流センサ１１にて検出した電流と目標電流との目標差を求め、その求めた目標差と第２電流センサ１２にて検出した電流との差を吸収するための蓄電装置６の充電量を求め、その求めた充電量だけ蓄電装置６に充電させるべく、二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線の交流電力を直流電力に変換して直流部７に供給するコンバータとして機能するように第一電力変換機４の作動を制御している。
【００３６】
制御装置８は、エンジン出力制御及び充放電制御の実行中である出力変動吸収運転の実行中に、電力系統１と電力負荷２との間の電力が目標電力となった場合には、蓄電装置６の充放電量がゼロとなるように、第一電力変換機４の作動を制御するように構成されている。太陽光発電装置ＰＶの出力変動により、電力系統１と電力負荷２との間の電力と目標電力との間に差が生じても、制御装置８がエンジン出力制御と充放電制御とを行うことで、電力系統１と電力負荷２との間の電力を目標電力とすることができる。このようにして、電力系統１と電力負荷２との間の電力が目標電力となると、それ以降は、エンジン出力制御によるエンジン出力の増減のみによって太陽光発電装置ＰＶの出力変動を吸収することができる。そこで、このような場合に、制御装置８が、蓄電装置６の充放電量がゼロとなるように第一電力変換機４の作動を制御している。これにより、蓄電装置６の充放電を極力行わないようにしながら、太陽光発電装置ＰＶの出力と二次励磁誘導発電機３の出力とから電力負荷２にて消費される電力を賄うようにしている。
【００３７】
図２（ａ）は、本発明に係る発電システム１００において、電力負荷２にて消費する電力の負荷（図中太線点線Ｆにて示す）を一定とした状態で、太陽光発電装置ＰＶの出力が低下側に変動した場合の出力の変化を示している。図中太線実線で示すＰ１は太陽光発電装置ＰＶの発電出力であり、図中細線点線で示すＰ２は実際のガスエンジンＧＥのエンジン出力であり、図中一点鎖線で示すＰ３は蓄電装置６の出力であり、図中細線実線で示すＰ４は第一電力変換機４による二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線側への出力（第一電力変換機４の交流側への出力）である。
【００３８】
太陽光発電装置ＰＶの発電出力Ｐ１が低下側に変動すると、エンジン出力制御部９がエンジン出力制御を行うことで、その低下側への変動分だけエンジン出力を増加させるようにガスエンジンＧＥの作動を制御する。しかしながら、実際にエンジン出力が増加されるまでにはある程度の時間がかかるので、実際のエンジン出力Ｐ２は、発電出力Ｐ１の低下側への変動に対して遅れて増加することになる。したがって、エンジン出力Ｐ２の増加分だけでは、負荷Ｆに対して出力不足が生じる。そこで、充放電制御部１０が充放電制御を行うことで、その出力不足分だけ補うように蓄電装置６の出力Ｐ３が増加する（このとき、蓄電装置６からは放電される）。そして、エンジン出力Ｐ２の増加分と蓄電装置６の出力の増加分との合計と発電出力Ｐ１の低下分とが一致すると、第１電流センサ１１の受電電流が目標受電電流となる。そこで、制御装置８が、蓄電装置６の放電量がゼロとなるように、第一電力変換機４の交流側への出力Ｐ４を低下させるべく、第一電力変換機４の作動を制御している。このとき、エンジン出力Ｐ２は、太陽光発電装置ＰＶの発電出力Ｐ１の低下分だけ増加するので、最終的には、エンジン出力Ｐ２が負荷Ｆと一致するまで増加して、蓄電装置６の出力Ｐ３がゼロとなる。
【００３９】
図２（ｂ）は、本発明に係る発電システム１００において、電力負荷２にて消費する電力の負荷（図中太線点線Ｆにて示す）を一定とした状態で、太陽光発電装置ＰＶの出力が増加側に変動した場合の出力の変化を示している。図中太線実線で示すＰ１は太陽光発電装置ＰＶの発電出力であり、図中細線点線で示すＰ２は実際のガスエンジンＧＥのエンジン出力であり、図中一点鎖線で示すＰ３は蓄電装置６の出力であり、図中細線実線で示すＰ４は第一電力変換機４による二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線側への出力（第一電力変換機４の交流側への出力）である。
【００４０】
太陽光発電装置ＰＶの発電出力Ｐ１が増加側に変動すると、エンジン出力制御部９がエンジン出力制御を行うことで、その増加側への変動分だけエンジン出力を低下させるようにガスエンジンＧＥの作動を制御する。しかしながら、実際にエンジン出力が低下されるまでにはある程度の時間がかかるので、実際のエンジン出力Ｐ２は、発電出力Ｐ１の増加側への変動に対して遅れて低下することになる。したがって、エンジン出力Ｐ２の低下分だけでは、負荷Ｆに対して出力余剰が生じる。そこで、充放電制御部１０が充放電制御を行うことで、その出力余剰分だけ吸収するように蓄電装置６の出力Ｐ３が低下する。ここで、蓄電装置６の出力Ｐ３がマイナスとなるので、蓄電装置６は低下した出力分だけ充電することになる。そして、エンジン出力Ｐ２の低下分と蓄電装置６の出力の低下分との合計と発電出力Ｐ１の増加分とが一致すると、第１電流センサ１１の受電電流が目標受電電流となる。そこで、制御装置８が、蓄電装置６の放電量がゼロとなるように、第一電力変換機４の交流側への出力Ｐ４を増加させるべく、第一電力変換機４の作動を制御している。このとき、エンジン出力Ｐ２は、太陽光発電装置ＰＶの発電出力Ｐ１の増加分だけ低下するので、最終的には、エンジン出力Ｐ２がゼロとなるまで低下して、蓄電装置６の出力Ｐ３もゼロとなる。
【００４１】
このようにして、エンジン出力制御部９がエンジン出力制御を行うことで、太陽光発電装置ＰＶの出力変動分を吸収するように、エンジン出力を制御しながら、充放電制御部１０が充放電制御を行うことで、エンジン出力制御では吸収できない短時間の太陽光発電装置ＰＶの出力変動分を吸収するように、蓄電装置６を充放電させることができる。したがって、発電システム１００としては、太陽光発電装置ＰＶの出力変動に対して応答性よく出力調整することができ、太陽光発電装置ＰＶの出力変動を適切に吸収することができる。
【００４２】
この発電システム１００は、上述の如く、電力系統３に接続された状態でシステムを起動することが可能であるとともに、電力系統１と接続していない状態においても、制御装置８が、ガスエンジンＧＥを駆動させるとともに、第一電力変換機４及び第二電力変換機５の作動を制御することで蓄電装置６から供給される電力を用いて、発電システム１００を起動（自立起動）することが可能に構成されている。したがって、電力系統１に停電等が生じた場合であっても、図外のスイッチ等により電力系統１との接続を解除した状態において、制御装置８が、ガスエンジンＧＥを駆動させるとともに、第一電力変換機４及び第二電力変換機５の作動を制御して蓄電装置６から供給される電力を用いて、発電システム１００を起動させて、電力負荷２に対して電力を供給することができるようになっている。
【００４３】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、制御装置８がエンジン出力制御及び充放電制御を行うに当たり、電流センサ１１、１２を用いて電力として電流を検出しているが、この構成に代えて、電力として電圧を検出することもできる。
【００４４】
（２）上記実施形態では、制御装置８には、エンジン出力制御を行うエンジン出力制御部９と充放電制御を行う充放電制御部１０とを備えているが、１つの制御部が、エンジン出力制御と充放電制御との双方を行うように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、電力系統に接続された電力負荷に対して電力を供給自在であり、太陽光発電装置の出力変動に対する応答性を向上して、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収すると共に、発電効率の低下を防止することができる各種の発電システムに適応可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 電力系統
２ 電力負荷
３ 二次励磁誘導発電機
３ａ 回転子
３ｂ 固定子
４ 第一電力変換機
５ 第二電力変換機
６ 蓄電装置
７ 直流部
８ 制御装置（制御手段）
１００ 発電システム
ＧＥ ガスエンジン（エンジン）
ＰＶ 太陽光発電装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に接続された電力負荷に対して電力を供給自在な発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような発電システムとして、最近では、環境意識の高まりから、太陽光発電装置にて発電した電力を電力負荷に供給自在な太陽光発電を用いたシステムの導入が進んでいる。今後、さらにＣＯ２排出量削減の観点から大量の太陽光発電装置が導入促進される可能性がある。太陽光発電装置の発電量は、日照量に影響されるため、天候の変化により大幅に変化する。そのため、太陽光発電装置の出力変動を吸収するための電源装置を備える必要がある。
一方、近年、環境性、経済性から、天然ガス等を燃料とするガスエンジンを用いたエンジンコージェネレーションシステムの導入も進められている。そこで、太陽光発電を用いたシステムとエンジンコージェネレーションシステムとを組み合わせて１つのシステムとして、エンジンコージェネレーションシステムにて太陽光発電装置の出力変動を吸収することが考えられる。
【０００３】
エンジンコージェネレーションシステムとしては、エンジンにて同期発電機を駆動させる同期発電機を用いたシステムが知られている。この同期発電機を用いたシステムでは、同期発電機にて一定周波数（５０〔Ｈｚ〕又は６０〔Ｈｚ〕）を出力するために、エンジンの回転速度が一定回転速度に制約されており、出力を定格から低下させる際に、発電効率が大きく低下することになる。
そこで、エンジンコージェネレーションシステムとして、発電効率の低下を防止しながら出力を変更させるために、エンジンにて二次励磁誘導発電機を駆動させる二次励磁誘導発電機を用いた装置を用いることが考えられる（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載のシステムでは、二次励磁誘導発電機の二次巻線に供給する交流の周波数を制御することで、出力を定格から低下させる場合でも、一定周波数（５０〔Ｈｚ〕又は６０〔Ｈｚ〕）を出力しながら、効率の面から良好な回転速度でエンジンを運転させることができ、発電効率の低下を防止することができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０１６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の如く、太陽光発電を用いたシステムとエンジンコージェネレーションシステムとを組み合わせた１つの発電システムでは、太陽光発電装置の出力が変動すると、その出力変動を吸収するように、エンジンコージェネレーションシステムにおけるエンジン出力を制御することになる。しかしながら、エンジン出力は、所望のエンジン出力に変更するようにエンジンの作動を制御してから、実際にエンジン出力を変更できるまでにはある程度の時間がかかる。即ち、応答遅れを伴う。したがって、比較的短時間で変動する太陽光発電装置の出力変動に対して、エンジン出力の出力変更の応答性が悪く、エンジン出力を制御するだけでは太陽光発電装置の出力変動を吸収することが困難となっていた。
【０００６】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、太陽光発電装置の出力変動に対する応答性を向上して、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収すると共に、発電効率の低下を防止することができる発電システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明に係る発電システムの特徴構成は、電力系統に接続された電力負荷に対して電力を供給自在な発電システムにおいて、
前記電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁誘導発電機と、前記回転子を駆動するエンジンと、交流側が前記一次巻線に接続された第一電力変換機と、交流側が前記二次巻線に接続された第二電力変換機と、前記第一電力変換機の直流側と前記第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続された蓄電装置及び太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置にて発電された直流電力を交流電力に変換して前記一次巻線に供給するように前記第一電力変換機の作動を制御し、エンジン出力を増減させるように前記エンジンの作動を制御するエンジン出力制御を行うとともに、前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力に応じて前記蓄電装置を充放電させるように前記第一電力変換機の作動を制御する充放電制御を行う制御手段とが備えられている点にある。
【０００８】
本特徴構成によれば、制御手段が、太陽光発電装置にて発電された直流電力を交流電力に変換して一次巻線に供給するように第一電力変換機の作動を制御するので、二次励磁誘導発電機の一次巻線には、二次励磁誘導発電機にて発電された電力と太陽光発電装置にて発電された電力とが供給される。二次励磁誘導発電機の一次巻線は、電力負荷が接続された電力系統に接続されているので、二次励磁誘導発電機にて発電された電力と太陽光発電装置にて発電された電力とを電力負荷に供給することができる。
【０００９】
太陽光発電装置の出力が変動した場合には、制御手段が、エンジン出力の増減と蓄電装置の充放電とによって太陽光発電装置の出力変動を吸収するように、エンジン出力制御と充放電制御とを行うことができる。
例えば、太陽光発電装置の出力が低下側に変動した場合には、制御手段がエンジン出力制御を行うと、その低下側への変動を吸収するようにエンジン出力を増加させるので、そのエンジン出力の増加に伴い二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力が増加する。しかしながら、実際にエンジン出力が増加するまでに時間がかかることから、太陽光発電装置の出力低下に対して二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力の増加が遅れてしまう。そこで、制御手段が充放電制御を行うことで、太陽光発電装置の出力変動のうち、エンジン出力制御では吸収できない短時間の出力変動分を補うように蓄電装置から放電させるべく、二次励磁誘導発電機における一次巻線側に供給する電力を増加させるように第一電力変換機の作動を制御することができる。
【００１０】
このようにして、エンジン出力制御によるエンジン出力の増減によって、太陽光発電装置の出力変動を吸収しながら、エンジン出力制御では吸収できない短時間の出力変動分については、充放電制御による蓄電装置の充放電によって補うことができる。したがって、太陽光発電装置の出力変動に対する応答性を向上して、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収すると共に、発電効率の低下を防止することができる。
【００１１】
本発明に係る発電システムでは、太陽光発電装置が、第一電力変換機の直流側と第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続されているので、太陽光発電装置にて発電さされた直流電力を交流電力に変換するための専用の電力変換装置を設けなくてもよく、それだけ構成の簡素化及びコストの低減を図ることができる。このように、本発明に係る発電システムは、太陽光発電を用いたシステムが導入されていない箇所に対して、太陽光発電装置にて発電された電力を電力負荷に供給できるとともに、その太陽光発電装置の出力変動にも適切に対応可能であり、しかも、発電効率の低下を防止することができる有用なシステムとして導入を促進することができるものである。
【００１２】
本発明に係る発電システムの更なる特徴構成は、前記制御手段は、前記エンジン出力制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と目標電力との差に応じてエンジン出力の増減量を制御し、前記充放電制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と目標電力との差、及び、前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力に基づいて、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力が前記目標電力となるように前記蓄電装置の充放電量を制御している点にある。
【００１３】
太陽光発電装置の出力変動が生じると、電力系統と電力負荷との間の電力が変動するので、その電力と目標電力との間に太陽光発電装置の出力変動の大きさに応じた差が生じることになる。そこで、本特徴構成によれば、エンジン出力制御において、制御手段が電力系統と電力負荷との間の電力と目標電力との差に応じてエンジン出力の増減量を制御することで、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収するようにエンジン出力を増減させることができる。エンジン出力が増減すると、二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力も変動することから、その二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力変動分は、実際のエンジン出力の増減分に応じた大きさとなる。したがって、電力系統と電力負荷との間の電力と目標電力との差と、二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力変動分との間には、エンジン出力制御では吸収できない短時間の出力変動分の大きさに応じた差が生じることになる。そこで、本特徴構成によれば、充放電制御において、電力系統と電力負荷との間の電力と目標電力との差、及び、二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力に基づいて、電力系統と電力負荷との間の電力が目標電力となるように蓄電装置の充放電量を制御することで、エンジン出力制御では吸収できない短時間の出力変動分を適切に補うように蓄電装置の充放電量を制御することができる。
【００１４】
本発明に係る発電システムの更なる特徴構成は、前記制御手段は、前記エンジン出力制御及び前記充放電制御の実行中に、前記電力系統と前記電力負荷との間の受電量が目標受電量となった場合には、前記蓄電装置の充放電量がゼロとなるように、前記第一電力変換機の作動を制御するように構成されている点にある。
【００１５】
上述の如く、制御手段がエンジン出力制御と充放電制御とを行うことで、充放電制御による蓄電装置の充放電により短時間の出力変動分を補いながら、エンジン出力制御によるエンジン出力の増減よって太陽光発電装置の出力変動を吸収することができる。したがって、太陽光発電装置の出力変動により、電力系統と電力負荷との間の受電量と目標受電量との間に差が生じても、制御手段がエンジン出力制御と充放電制御とを行うことで、電力系統と電力負荷との間の受電量を目標受電量とすることができる。このようにして、電力系統と電力負荷との間の受電量が目標受電量となると、それ以降は、エンジン出力制御によるエンジン出力の増減のみによって太陽光発電装置の出力変動を吸収することができる。そこで、本特徴構成によれば、このような場合に、制御手段が、蓄電装置の充放電量がゼロとなるように第一電力変換機の作動を制御する。これにより、充放電制御による蓄電装置の充放電により短時間の出力変動分を補った後、及び、その後においては、蓄電装置の充放電を極力行うことなく、太陽光発電装置の出力と二次励磁誘導発電機の出力とから電力負荷にて消費される電力を賄うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る発電システムの概略構成を示す図
【図２】本発明に係る発電システムにおいて太陽光発電装置の出力変動が生じた場合の出力の変化を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る発電システムの実施形態について図面に基づいて説明する。
この発電システム１００は、図１に示すように、太陽光発電を用いたシステムとエンジンコージェネレーションシステムとを１つのシステムとして組み合わせたものであり、電力系統１に接続された電力負荷２に、二次励磁誘導発電機３及び太陽光発電装置ＰＶにて発電した電力を供給自在に構成されている。これにより、二次励磁誘導発電機３の出力と太陽光発電装置ＰＶの出力とによって電力負荷２にて消費される電力を賄うように構成されている。二次励磁誘導発電機３の出力と太陽光発電装置ＰＶの出力とで電力負荷２にて消費される電力を賄うことができない場合には、その不足分を電力系統１から供給される電力にて補うようにしている。電力負荷２としては、電力を消費する各種の電力機器を適応することができ、例えば、冷暖房設備が備える室内機や室外機、或いは電灯等がある。
【００１８】
発電システム１００は、二次励磁誘導発電機（二重給電巻線型誘導発電機）３と、ガスエンジンＧＥと、第一電力変換機４と、第二電力変換機５と、蓄電装置６と、太陽光発電装置ＰＶとを備えて構成されている。発電システム１００には、ガスエンジンＧＥのエンジン出力を増減させるようにガスエンジンＧＥの作動を制御するとともに、第一電力変換機４及び第二電力変換機５の作動を制御する制御装置８（制御手段に相当する）が備えられている。
【００１９】
二次励磁誘導発電機３は、電力系統（商用電力系統）１と同じ周波数（例えば、５０［Ｈｚ］や６０［Ｈｚ］）の電力（三相の交流電力）を発電し、その電力を電力負荷２や電力系統１に供給自在に構成されている。二次励磁誘導発電機３は、一次巻線（図示せず）を備える固定子３ｂ（ステータ）と、二次巻線（図示せず）を備える回転子３ａ（ロータ）とを有している。固定子３ｂが備える一次巻線は、電力系統１及び電力負荷２に接続されている。一方、回転子３ａが備える二次巻線は、第二電力変換機５、直流部７、第一電力変換機４を介して電力系統１及び電力負荷２に接続されている。
【００２０】
二次励磁誘導発電機３について、固定子３ｂが備える一次巻線側を「二次励磁誘導発電機の一次側」とし、回転子３ａが備える二次巻線側を「二次励磁誘導発電機の二次側」としている。したがって、二次励磁誘導発電機３の一次側の電力（電圧、電流）の周波数が、電力負荷１や電力系統２に供給される電力の周波数となる。
【００２１】
ガスエンジンＧＥは、二次励磁誘導発電機３の回転子３ａに機械的に連結されており、回転子３ａを回転駆動する。ガスエンジンＧＥの出力軸は、回転子３ａと一体回転するように直結されており、ガスエンジンＧＥの回転速度と回転子３ａの回転速度とは等しくなるように構成されている。ガスエンジンＧＥは、例えば、都市ガスを燃料とするエンジンであり、電力と熱との双方を供給自在なエンジンコージェネレーションシステムの駆動源として設けられている。ちなみに、ガスエンジンＧＥに代えて、ガソリン、軽油、重油等を燃料とするエンジンとすることも可能である。
【００２２】
第一電力変換機４の交流側（図１における上側）が、二次励磁誘導発電機３の固定子３ｂ（一次巻線）に接続されているとともに、電力系統１及び電力負荷２に接続されている。第一電力変換機４の直流側（図１における下側）が直流部７に接続されている。第二電力変換機５の交流側（図１における下側）が、二次励磁誘導発電機３の回転子３ａ（二次巻線）に接続されている。第二電力変換機５の直流側（図１における上側）が直流部７に接続されている。第一電力変換機４及び第二電力変換機５の夫々は、直流側の直流電力を交流電力に変換（逆変換）して交流側に供給するインバータとしての機能と、交流側の交流電力を直流電力に変換（順変換）して直流側に供給するコンバータとしての機能との双方を果たすことが可能に構成されている。このような第一電力変換機４や第二電力変換機５は、例えば、複数（例えば６個）のスイッチング素子を備えて構成されている。
【００２３】
直流部７は、第一電力変換機４の直流側と第二電力変換機５の直流側とを接続する部分である。直流部７には蓄電装置６とＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して太陽光発電装置ＰＶとが接続されている。蓄電装置６は、例えば、蓄電池や電気二重層キャパシタ等で構成され、直流部７に対して電力を供給して放電すること、及び直流部７から電力の供給を受けて充電することが可能に構成されている。太陽光発電装置ＰＶは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４を介して、直流部７に対して発電した電力を供給可能に構成されている。
【００２４】
図１では、図示を省略しているが、この発電システム１００には、固定子３ｂが備える一次巻線と電力系統１との接続を断続するスイッチが備えられているとともに、所定の周波数成分を除去するフィルタや変圧器等も必要に応じて所望の箇所に備えられている。
【００２５】
発電システム１００は、発電電力の周波数（電圧、電流の周波数）に関して自由度の高いシステムとなっている。この点については、上記特許文献１にも記載されているように、公知技術であるので、詳細な説明は省略して簡単に説明する。
【００２６】
発電システム１００の発電電力の周波数（二次励磁誘導発電機３の一次側に誘起される一次側電圧）をｆ１とし、回転子３ａの回転周波数をｆ０とし、回転子３ａの二次巻線を励磁するために二次巻線に供給される交流電流（交流電圧）の周波数をｆ２とすると、「ｆ１＝ｆ０＋ｆ２」となる。
ここで、回転子３ａの回転周波数ｆ０は、回転子３ａの回転速度をｍ［ｒｐｍ］とし、二次励磁誘導発電機３の磁極数をｎとして、「ｆ０＝ｍ×ｎ／１２０」から求まる。
【００２７】
例えば、回転子３ａの回転速度が１１００［ｒｐｍ］であり、二次励磁誘導発電機３の磁極数が「６」の場合には、回転子３ａの回転周波数ｆ０は５５［Ｈｚ］となる。よって、この場合に、制御装置８が第二電力変換機５を制御して二次巻線に周波数が５［Ｈｚ］の交流電流（交流電圧）を供給すれば（ｆ２＝５［Ｈｚ］）、周波数が６０［Ｈｚ］の交流電力を得ることができる。また、逆に、制御装置８が第二電力変換機５を制御して二次巻線から周波数が５［Ｈｚ］の交流電流（交流電圧）を取り出せば（ｆ２＝−５［Ｈｚ］）、周波数が５０［Ｈｚ］の交流電力を得ることができる。
【００２８】
このように、ガスエンジンＧＥを効率の面で良好となる一定の回転速度にて運転させて、回転子３ａの回転速度を一定としても、回転子３ａの二次巻線に供給する交流電流の周波数ｆ２（上記のように、二次巻線から交流電流を取り出す場合には負の値となる。）を変えることで発電電力の周波数ｆ１を変化させることができる。これにより、効率の良い運転条件でガスエンジンＧＥを運転させることができながら、発電システム１００の出力を変更させることができる。したがって、発電システム１００の出力を定格よりも低下させた部分負荷運転としても、発電効率を高い状態に維持することができる。
【００２９】
制御装置８は、太陽光発電装置ＰＶにて発電された直流電力を交流電力に変換して二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線に供給するように第一電力変換機４の作動を制御している。二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線側の第１出力検出点Ｓ１には第３電流センサ１３が設けられており、太陽光発電装置ＰＶの出力（直流電力）を検出している。この第３電流センサ１３の検出情報が制御装置８に入力されている。これにより、制御装置８は、太陽光発電装置ＰＶの出力（直流電力）を監視しており、その太陽光発電装置ＰＶの出力分だけ固定子３ｂの一次巻線に供給するように、第一電力変換機４の交流側への出力を制御している。その結果、発電システム１００は、太陽光発電装置ＰＶにて発電された電力が常時出力されて、電力負荷２に供給されるように構成されている。
【００３０】
このような発電システム１００では、天候の変化により太陽光発電装置ＰＶの出力が変動するので、電力負荷２への電力供給を安定して行うためには、その太陽光発電装置ＰＶの出力変動を吸収することが必要となる。そこで、本発明に係る発電システム１００では、太陽光発電装置ＰＶの出力変動を吸収するために、制御装置８が、ガスエンジンＧＥの作動を制御するとともに、第一電力変換機４の作動を制御する出力変動吸収運転を行うように構成されている。
【００３１】
出力変動吸収運転では、制御装置８が、エンジン出力を増減させるようにガスエンジンＧＥの作動を制御するエンジン出力制御を行うとともに、二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線側の電力に応じて蓄電装置６を充放電させるように第一電力変換機４の作動を制御する充放電制御を行うように構成されている。この出力変動吸収運転を行うために、制御装置８には、エンジン出力制御を行うエンジン出力制御部９と充放電制御を行う充放電制御部１０とが備えられている。
【００３２】
出力変動吸収運転におけるエンジン出力制御では、エンジン出力制御部９が、電力系統１と電力負荷２との間の電力と目標電力（例えば、ゼロ又は任意の一定値）との差に応じてエンジン出力の増減量を制御している。電力系統１と電力負荷２との間の第１電流検出点Ｄ１には、その第１電流検出点Ｄ１での電流の大きさ・向きを検出する第１電流センサ１１が設けられている。エンジン出力制御部９は、その第１電流センサ１１にて検出した電流（電力系統１と電力負荷２との間の電力）と目標電流（目標電力）との目標差を求め、その目標差を吸収するためのエンジン出力の増減量を求め、その求めた増減量だけエンジン出力を増減させるべく、ガスエンジンＧＥの作動を制御するように構成されている。
【００３３】
第１電流検出点Ｄ１の電流が目標電流となっている状態で太陽光発電装置ＰＶの出力が低下側に変動すると、電力系統１から供給される電力が増加するので、第１電流検出点Ｄ１の電流が目標電流よりも増加する。そこで、第１電流センサ１１にて検出した電流が目標電流よりも大きい場合には、エンジン出力制御部９が、第１電流センサ１１にて検出した電流と目標電流との目標差に応じたエンジン出力の増加量を求め、その求めた増加量だけエンジン出力を増加させるべく、ガスエンジンＧＥの作動を制御している。
逆に、第１電流検出点Ｄ１の電流が目標電流となっている状態で太陽光発電装置ＰＶの出力が増加側に変動して、第１電流センサ１１にて検出した電流が目標電流よりも小さくなった場合には、エンジン出力制御部９が、第１電流センサ１１にて検出した電流と目標電流との目標差に応じたエンジン出力の低下量を求め、その求めた低下量だけエンジン出力を低下させるべく、ガスエンジンＧＥの作動を制御している。
【００３４】
出力変動吸収運転における充放電制御では、充放電制御部１０が、電力系統１と電力負荷２との間の電力と目標電力との差、及び、二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線側の電力に基づいて、電力系統１と電力負荷２との間の電力が目標電力となるように蓄電装置６の充放電量を制御している。二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線側の第２電流検出点Ｄ２には、電流の大きさ・向きを検出する第２電流センサ１２が設けられている。充放電制御部１０は、第１電流センサ１１にて検出した電流と目標電流との差、及び、第２電流センサ１２にて検出した電流に基づいて、第１電流センサ１１にて検出する電流が目標電流となるように蓄電装置６の充放電量を求め、その求めた充放電量だけ蓄電装置６から充放電させるべく、第一電力変換機４の作動を制御するように構成されている。
【００３５】
第１電流センサ１１にて検出した電流が目標電流よりも大きい場合には、充放電制御部１０が、第１電流センサ１１にて検出した電流と目標電流との目標差を求め、その求めた目標差と第２電流センサ１２にて検出した電流との差を補うための蓄電装置６の放電量を求め、その求めた放電量だけ蓄電装置６から二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線に供給するべく、直流部７の直流電力を交流電力に変換して二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線に供給するインバータとして機能するように第一電力変換機４の作動を制御している。
逆に、第１電流センサ１１にて検出した電流が目標電流よりも小さい場合には、充放電制御部１０が、第１電流センサ１１にて検出した電流と目標電流との目標差を求め、その求めた目標差と第２電流センサ１２にて検出した電流との差を吸収するための蓄電装置６の充電量を求め、その求めた充電量だけ蓄電装置６に充電させるべく、二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線の交流電力を直流電力に変換して直流部７に供給するコンバータとして機能するように第一電力変換機４の作動を制御している。
【００３６】
制御装置８は、エンジン出力制御及び充放電制御の実行中である出力変動吸収運転の実行中に、電力系統１と電力負荷２との間の電力が目標電力となった場合には、蓄電装置６の充放電量がゼロとなるように、第一電力変換機４の作動を制御するように構成されている。太陽光発電装置ＰＶの出力変動により、電力系統１と電力負荷２との間の電力と目標電力との間に差が生じても、制御装置８がエンジン出力制御と充放電制御とを行うことで、電力系統１と電力負荷２との間の電力を目標電力とすることができる。このようにして、電力系統１と電力負荷２との間の電力が目標電力となると、それ以降は、エンジン出力制御によるエンジン出力の増減のみによって太陽光発電装置ＰＶの出力変動を吸収することができる。そこで、このような場合に、制御装置８が、蓄電装置６の充放電量がゼロとなるように第一電力変換機４の作動を制御している。これにより、蓄電装置６の充放電を極力行わないようにしながら、太陽光発電装置ＰＶの出力と二次励磁誘導発電機３の出力とから電力負荷２にて消費される電力を賄うようにしている。
【００３７】
図２（ａ）は、本発明に係る発電システム１００において、電力負荷２にて消費する電力の負荷（図中太線点線Ｆにて示す）を一定とした状態で、太陽光発電装置ＰＶの出力が低下側に変動した場合の出力の変化を示している。図中太線実線で示すＰ１は太陽光発電装置ＰＶの発電出力であり、図中細線点線で示すＰ２は実際のガスエンジンＧＥのエンジン出力であり、図中一点鎖線で示すＰ３は蓄電装置６の出力であり、図中細線実線で示すＰ４は第一電力変換機４による二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線側への出力（第一電力変換機４の交流側への出力）である。
【００３８】
太陽光発電装置ＰＶの発電出力Ｐ１が低下側に変動すると、エンジン出力制御部９がエンジン出力制御を行うことで、その低下側への変動分だけエンジン出力を増加させるようにガスエンジンＧＥの作動を制御する。しかしながら、実際にエンジン出力が増加されるまでにはある程度の時間がかかるので、実際のエンジン出力Ｐ２は、発電出力Ｐ１の低下側への変動に対して遅れて増加することになる。したがって、エンジン出力Ｐ２の増加分だけでは、負荷Ｆに対して出力不足が生じる。そこで、充放電制御部１０が充放電制御を行うことで、その出力不足分だけ補うように蓄電装置６の出力Ｐ３が増加する（このとき、蓄電装置６からは放電される）。そして、エンジン出力Ｐ２の増加分と蓄電装置６の出力の増加分との合計と発電出力Ｐ１の低下分とが一致すると、第１電流センサ１１の受電電流が目標受電電流となる。そこで、制御装置８が、蓄電装置６の放電量がゼロとなるように、第一電力変換機４の交流側への出力Ｐ４を低下させるべく、第一電力変換機４の作動を制御している。このとき、エンジン出力Ｐ２は、太陽光発電装置ＰＶの発電出力Ｐ１の低下分だけ増加するので、最終的には、エンジン出力Ｐ２が負荷Ｆと一致するまで増加して、蓄電装置６の出力Ｐ３がゼロとなる。
【００３９】
図２（ｂ）は、本発明に係る発電システム１００において、電力負荷２にて消費する電力の負荷（図中太線点線Ｆにて示す）を一定とした状態で、太陽光発電装置ＰＶの出力が増加側に変動した場合の出力の変化を示している。図中太線実線で示すＰ１は太陽光発電装置ＰＶの発電出力であり、図中細線点線で示すＰ２は実際のガスエンジンＧＥのエンジン出力であり、図中一点鎖線で示すＰ３は蓄電装置６の出力であり、図中細線実線で示すＰ４は第一電力変換機４による二次励磁誘導発電機３における固定子３ｂの一次巻線側への出力（第一電力変換機４の交流側への出力）である。
【００４０】
太陽光発電装置ＰＶの発電出力Ｐ１が増加側に変動すると、エンジン出力制御部９がエンジン出力制御を行うことで、その増加側への変動分だけエンジン出力を低下させるようにガスエンジンＧＥの作動を制御する。しかしながら、実際にエンジン出力が低下されるまでにはある程度の時間がかかるので、実際のエンジン出力Ｐ２は、発電出力Ｐ１の増加側への変動に対して遅れて低下することになる。したがって、エンジン出力Ｐ２の低下分だけでは、負荷Ｆに対して出力余剰が生じる。そこで、充放電制御部１０が充放電制御を行うことで、その出力余剰分だけ吸収するように蓄電装置６の出力Ｐ３が低下する。ここで、蓄電装置６の出力Ｐ３がマイナスとなるので、蓄電装置６は低下した出力分だけ充電することになる。そして、エンジン出力Ｐ２の低下分と蓄電装置６の出力の低下分との合計と発電出力Ｐ１の増加分とが一致すると、第１電流センサ１１の受電電流が目標受電電流となる。そこで、制御装置８が、蓄電装置６の放電量がゼロとなるように、第一電力変換機４の交流側への出力Ｐ４を増加させるべく、第一電力変換機４の作動を制御している。このとき、エンジン出力Ｐ２は、太陽光発電装置ＰＶの発電出力Ｐ１の増加分だけ低下するので、最終的には、エンジン出力Ｐ２がゼロとなるまで低下して、蓄電装置６の出力Ｐ３もゼロとなる。
【００４１】
このようにして、エンジン出力制御部９がエンジン出力制御を行うことで、太陽光発電装置ＰＶの出力変動分を吸収するように、エンジン出力を制御しながら、充放電制御部１０が充放電制御を行うことで、エンジン出力制御では吸収できない短時間の太陽光発電装置ＰＶの出力変動分を吸収するように、蓄電装置６を充放電させることができる。したがって、発電システム１００としては、太陽光発電装置ＰＶの出力変動に対して応答性よく出力調整することができ、太陽光発電装置ＰＶの出力変動を適切に吸収することができる。
【００４２】
この発電システム１００は、上述の如く、電力系統３に接続された状態でシステムを起動することが可能であるとともに、電力系統１と接続していない状態においても、制御装置８が、ガスエンジンＧＥを駆動させるとともに、第一電力変換機４及び第二電力変換機５の作動を制御することで蓄電装置６から供給される電力を用いて、発電システム１００を起動（自立起動）することが可能に構成されている。したがって、電力系統１に停電等が生じた場合であっても、図外のスイッチ等により電力系統１との接続を解除した状態において、制御装置８が、ガスエンジンＧＥを駆動させるとともに、第一電力変換機４及び第二電力変換機５の作動を制御して蓄電装置６から供給される電力を用いて、発電システム１００を起動させて、電力負荷２に対して電力を供給することができるようになっている。
【００４３】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、制御装置８がエンジン出力制御及び充放電制御を行うに当たり、電流センサ１１、１２を用いて電力として電流を検出しているが、この構成に代えて、電力として電圧を検出することもできる。
【００４４】
（２）上記実施形態では、制御装置８には、エンジン出力制御を行うエンジン出力制御部９と充放電制御を行う充放電制御部１０とを備えているが、１つの制御部が、エンジン出力制御と充放電制御との双方を行うように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、電力系統に接続された電力負荷に対して電力を供給自在であり、太陽光発電装置の出力変動に対する応答性を向上して、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収すると共に、発電効率の低下を防止することができる各種の発電システムに適応可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 電力系統
２ 電力負荷
３ 二次励磁誘導発電機
３ａ 回転子
３ｂ 固定子
４ 第一電力変換機
５ 第二電力変換機
６ 蓄電装置
７ 直流部
８ 制御装置（制御手段）
１００ 発電システム
ＧＥ ガスエンジン（エンジン）
ＰＶ 太陽光発電装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続された電力負荷に対して電力を供給自在な発電システムにおいて、
前記電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁誘導発電機と、前記回転子を駆動するエンジンと、交流側が前記一次巻線に接続された第一電力変換機と、交流側が前記二次巻線に接続された第二電力変換機と、前記第一電力変換機の直流側と前記第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続された蓄電装置及び太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置にて発電された直流電力を交流電力に変換して前記一次巻線に供給するように前記第一電力変換機の作動を制御し、エンジン出力を増減させるように前記エンジンの作動を制御するエンジン出力制御を行うとともに、前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力に応じて前記蓄電装置を充放電させるように前記第一電力変換機の作動を制御する充放電制御を行う制御手段とが備えられている発電システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記エンジン出力制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と目標電力との差に応じてエンジン出力の増減量を制御し、前記充放電制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と目標電力との差、及び、前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力に基づいて、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力が前記目標電力となるように前記蓄電装置の充放電量を制御している請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記エンジン出力制御及び前記充放電制御の実行中に、前記電力系統と前記電力負荷との間の受電量が目標受電量となった場合には、前記蓄電装置の充放電量がゼロとなるように、前記第一電力変換機の作動を制御するように構成されている請求項１又は２に記載の発電システム。
【請求項１】
電力系統に接続された電力負荷に対して電力を供給自在な発電システムにおいて、
前記電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁誘導発電機と、前記回転子を駆動するエンジンと、交流側が前記一次巻線に接続された第一電力変換機と、交流側が前記二次巻線に接続された第二電力変換機と、前記第一電力変換機の直流側と前記第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続された蓄電装置及び太陽光発電装置と、前記太陽光発電装置にて発電された直流電力を交流電力に変換して前記一次巻線に供給するように前記第一電力変換機の作動を制御し、エンジン出力を増減させるように前記エンジンの作動を制御するエンジン出力制御を行うとともに、前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力に応じて前記蓄電装置を充放電させるように前記第一電力変換機の作動を制御する充放電制御を行う制御手段とが備えられている発電システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記エンジン出力制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と目標電力との差に応じてエンジン出力の増減量を制御し、前記充放電制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と目標電力との差、及び、前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力に基づいて、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力が前記目標電力となるように前記蓄電装置の充放電量を制御している請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記エンジン出力制御及び前記充放電制御の実行中に、前記電力系統と前記電力負荷との間の受電量が目標受電量となった場合には、前記蓄電装置の充放電量がゼロとなるように、前記第一電力変換機の作動を制御するように構成されている請求項１又は２に記載の発電システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−８５４６９（Ｐ２０１２−８５４６９Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３０７１０（Ｐ２０１０−２３０７１０）
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
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