電源システム
【課題】系統電源に連系して用いられる燃料電池システムを、系統電源の停電時において、自立運転できるようにし、かつ、急峻な負荷にも対応できるようにする。
【解決手段】系統電源が停電となった状態で燃料電池システム１２を始動させるために必要な電力を供給するとともに、負荷の急峻な変動に対応できるようにする自立運転支援装置１６を設ける。自立運転支援装置１６は、電圧制御型のインバータ３２と、インバータ３２に対して供給される直流電力を蓄える蓄電装置３３と、燃料電池システム１２が発生する交流電力のうちの余った電力を消費する負荷調整器３４と、燃料電池システム１２から取り込んだ交流電力を直流電力に変換して蓄電装置３３に供給する充電用コンバータ３５と、を備える。
【解決手段】系統電源が停電となった状態で燃料電池システム１２を始動させるために必要な電力を供給するとともに、負荷の急峻な変動に対応できるようにする自立運転支援装置１６を設ける。自立運転支援装置１６は、電圧制御型のインバータ３２と、インバータ３２に対して供給される直流電力を蓄える蓄電装置３３と、燃料電池システム１２が発生する交流電力のうちの余った電力を消費する負荷調整器３４と、燃料電池システム１２から取り込んだ交流電力を直流電力に変換して蓄電装置３３に供給する充電用コンバータ３５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池などの分散型発電装置の運用技術に関し、特に、系統電源の停止時などにおける分散型発電装置の自立運転を支援する自立運転支援装置と、そのような自立運転支援装置を備える電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力消費家（需要家）の場所において、分散型発電装置（以下、分散型電源と呼ぶ）として燃料電池などを配備し、燃料電池からの電力と電気事業者の系統電源（商用電源）からの電力とを組み合わせてその電力消費家における電力消費を賄うようにした分散型の電源システムが注目を集めている。この場合、分散型電源が発生する直流電力は交流電力に変換され、系統電源の交流電力に重畳させて電力消費家の宅内の負荷に配電されることになる。このため、直流電力を交流電力に変換するためのインバータを用い、系統電源に対して燃料電池を連系させるようにしている。インバータからは、周波数や電圧が系統電源からの電力のそれらに適合した交流電力が出力する。なお、系統電源が停電となったときには、系統電源の配電網側での安全を確保するために、分散型電源の動作を停止させるとともに、分散型電源を系統電源から電気的に切り離す（解列する）ことが定められている。
【０００３】
ところで、分散型電源として用いられる燃料電池は、その動作原理や構造上の特徴から、負荷の急激な変動に対応することができない。燃料電池は負荷の需要入力に対して出力調整が単独では難しい電源である。例えばある一定の出力電力で燃料電池が運転され、燃料電池から電力を供給される負荷も燃料電池の出力に見合う電力を消費しているとして、その負荷が急激に消費電力を増大させようとしても、燃料電池の出力電力をそのような急激な変化率で上昇させることはできない。もちろん、燃料電池がその定格出力で動作している場合には、それ以上の電力を燃料電池から得ることはできない。負荷における消費電力が急減したとしても、燃料電池の出力電力をそれほど急激には低下させることはできない。負荷の消費電力が急減した場合には、燃料電池の出力と消費電力との差に相当する電力を別途消費するようにしないと、過電圧や燃料電池における温度上昇などの問題が生じうる。燃料電池の安定した動作のためには、出力電力をある値以下にすることはできない。また、燃料電池などの分散型電源における発生電力量あたりの発電コストは、分散型電源をその定格出力で運転する場合が一番安い。
【０００４】
そこで、燃料電池などの分散型電源を系統電源に連系させて使用する場合には、ある長さの時間にわたって負荷側の消費電力がその値を下回ることがないという値を定格出力とするように分散型電源を構成し、分散型電源の出力と消費電力との差の部分、すなわち大きな変動が見込まれるについては系統電源で賄うようにするのが一般的である。夜間や休日など、消費電力が極端に低下すると考えられる時間帯については、分散型電源の動作を停止させ、系統電源だけで消費電力を賄うようにする。
【０００５】
分散型電源は、系統電源からは自立した電源として動作させることができるはずのものであるから、災害発生時などにおいて系統電源が途絶した場合の非常用電源として、あるいは系統電源が得られない場所での電源として使用でき、近年、分散型電源を用いた災害時などの停電に対応する自立運転型システムが、多くの分野で普及しつつある。通常時には系統電源に連系している分散型電源を非常用電源などとして利用する場合には、系統電源の停電を検知したときに前述のように分散型電源は系統電源から解列するとともに動作が停止するから、その後、非常時に電力を供給すべき負荷のみに電力が供給されるように配電線または配電盤における接続替えを行い、分散型電源を再起動させ、それらの負荷に対して電力を供給することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
分散型電源、特に燃料電池を自立運転させる場合には、急峻な負荷の変動に対応できるようにすることが必要である。また、燃料電池の起動には、燃料電池を所定の温度まで昇温させ、また燃料電池に燃料を供給するポンプを動作させるためなどに、発電を開始する前の燃料電池に対して電力を供給する必要がある。また、系統電源に連系する分散型電源は、一般に、系統電源の交流電力の周波数や位相を基準として交流電力を発生するように構成されているので、系統電源からの交流電力が途絶すると、周波数や位相が適切な交流電力を発生することができない。したがって、燃料電池などからなり系統電源に連系する分散型電源が存在するということだけでは、系統電源の停電時などに系統電源から独立させてその分散型電源を自立させて運転させることは難しい。
【０００７】
そこで、急峻な負荷の変動に対応できるとともに、燃料電池など起動時に電力を必要とする分散型電源に対応した、分散型電源の自立運転を支援できるシステムが望まれている。特に、系統電源に連系する既存の分散型電源に対し、その分散型電源の装置自体には手を入れることなく、系統電源の停電時にその分散型電源を自立運転させることができるシステムが望まれている。
【０００８】
なお、系統に連系している場合には分散型電源からは単相三線式の交流電力が供給されればよいが、自立運転時には分散型電源から三相三線式の負荷に電力を供給したい、という場合もある。
【０００９】
本発明の目的は、系統電源の停電時などにおいて、燃料電池などの分散型電源を自立運転させることができる自立運転支援装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、燃料電池などの分散型電源を備え、系統電源の停電時などにおいてその分散型電源を自立運転させることができる電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の自立運転支援装置は、通常時には系統電源の周波数に同期した交流電力を出力する電源装置を自立運転させるための自立運転支援装置であって、電源装置を起動させ及び／または前記電源装置の負荷変動を平準化させる予備電源と、余剰電力を消費して電源装置の運転を安定化させる負荷調整器と、を有する。
【００１２】
本発明の電源システムは、通常時には系統電源の周波数に同期した交流電力を出力する電源装置と、系統電源の停電時に電源装置を起動させ及び／または電源装置の負荷変動を平準化させる予備電源と、系統電源の停電時に余剰電力を消費して前記電源装置の運転を安定化させる負荷調整器と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は以上説明したように構成したので、本発明によれば、分散型電源システムそのものを大掛かりに改造する必要なく、系統が停電した場合においても、負荷変動に対応できる自立電源システムを実現することができる。また、分散型電源に燃料電池を用いる場合において、起動時の電力を供給することが可能である。さらに系統連系を行う前の分散型電源の運転試験装置としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の一形態の自立運転支援装置を含む電源システム全体の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】自立運転支援装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】系統電源が停止から燃料電池の自立運転、系統電源の復帰までの処理を示すフローチャートである。
【図４】負荷の消費電力の変動と燃料電池システムの出力電力と蓄電装置の充放電との関係を示すグラフである。
【図５】自立運転支援装置を含む電源システムの一例の詳細な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の一形態の自立運転支援装置を含む電源システム全体の基本的な構成を示すブロック図である。この電源システムは、分散型電源として系統電源（商用電源）１１に連系する燃料電池システム１２を有し、通常時には、燃料電池システム１２からの電力と系統電源１１からの電力とを重畳して負荷１３に供給するとともに、系統電源１１の停電時には、燃料電池１２を自立運転させて負荷１３に電力を供給できるように構成されたものである。系統電源１１からは一般に単相三線式あるいは三相三線式で交流電力が供給されている。
【００１７】
燃料電池システム１２は、燃料電池本体として直流電力を発生する燃料電池スタック２１と、燃料電池スタック２１からの直流電力を系統電源に連系した交流電力に変換するパワーコンディショナ２２とを備えており、パワーコンディショナ２２の出力がこの燃料電池システム１２の出力となる。パワーコンディショナ２２は、直流／交流変換のためなどのインバータ回路のほかに、系統電源１１側の停電を検出して燃料電池システム１２を解列するための回路などを備えている。分電盤１４が設けられており、分電盤１４は、切り離しスイッチ１５を介して系統電源１１に接続するとともに、燃料電池システム１２と負荷１３が接続しており、系統電源１１及び燃料電池システム１２からの交流電力を負荷１３に供給する。分電盤１４と燃料電池システム１２とを接続する配電線に対して、燃料電池システム１２の自立運転を支援するための、後述する自立運転支援装置１６が接続している。分電盤１４内には、系統電源１１の停電時に燃料電池システム１２を解列するための解列スイッチ１７も設けられている。この電源システムでは、系統電源１１の停電が検知された場合には、切り離しスイッチ１５及び解列スイッチ１７がいったん遮断状態となる。その後、燃料電池システム１２を自立運転モードで再起動させた場合には、切り離しスイッチ１５を遮断状態としたまま解列スイッチ１７を導通状態とし、燃料電池システム１２からの交流電力のみを負荷１３に供給できるようにする。
【００１８】
自立運転支援装置１６は、系統電源が停電となった状態で燃料電池システム１２を始動させるために必要な電力を燃料電池システム１２に供給するとともに、燃料電池システム１２が自立運転しているときに負荷の急峻な変動に対応できるようにするためのものである。
【００１９】
自立運転支援装置１６は、燃料電池システム１２と分電盤１４との間の配電線に対する接続点３１と、この接続点３１に対して出力が接続した電圧制御型のインバータ３２と、インバータ３２に対して供給される直流電力を蓄える蓄電装置３３と、接続点３１に接続し、燃料電池システム１２が発生する交流電力のうちの余った電力を消費する負荷調整器３４と、接続点３１に接続し接続点３１から取り込んだ交流電力を直流電力に変換して充電のために蓄電装置３３に供給する充電用コンバータ３５と、を備えている。蓄電装置３３とインバータ３２との接続点３６に対し充電用コンバータ３５の出力が接続している。また、蓄電装置３３からの直流電力だけでは燃料電池システム１２の起動に必要な電力を賄えない場合や負荷１３での消費電力の急増に対応できない場合には、接続点３６に対して太陽光発電装置やエンジン発電機などの補助電源装置３７を接続するようにしてもよい。
【００２０】
燃料電池システム１２は、「背景技術」の欄でも述べたように、負荷の消費電力の急激な変化に対応できないものであるとともに、起動に電力を要するものである。そこで自立運転支援装置１６では、燃料電池システム１２の自立運転時に、負荷１３の発生する消費電力に比べて燃料電池システム１２の発生する電力が余るときにはその余った電力を蓄電装置３３に蓄電し、燃料電池システム１２の発生する電力が負荷の消費電力に比べて不足する場合に、蓄電装置３３に蓄えられた直流電力でその不足分を補うようにしている。また、系統電源が正常に動作している場合において、接続点３１から取り込んだ交流電力を充電用コンバータ３５によって直流に変換することにより、蓄電装置３３に直流電力を蓄えることができる。したがって、系統電源１１の停電が発生した後に燃料電池システム１２を再起動する際に必要な電力として、蓄電装置３３に蓄積されている直流電力を用いることができ、なお不足する場合には、補助電源装置３７からの電力を追加して用いればよい。
【００２１】
本実施形態において、蓄電装置３３は、外部から供給された電力を蓄積することができるとともに、その蓄積した電力を放出する機能を有するものであり、変動する負荷に応じて出力電流を変化させることができるものである。このような蓄電設備３３は、燃料電池システム１２では到底対応できないような急激な負荷変動にも対応できるようにするためのものである。蓄電装置３３としては、例えば、リチウムイオン二次電池、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池などの各種の二次電池、あるいは、電気二重層コンデンサなどの大容量のコンデンサ（キャパシタ）が使用される。ある程度緩慢な負荷変動に対応するために比較的大容量の二次電池を設けるとともに、短時間における急激な負荷変動にも対応できるように、二次電池に対して並列に電気二重層コンデンサなどを接続して蓄電装置３３を構成することが好ましい。
【００２２】
燃料電池が所定の定格出力電力の近傍で負荷変動なく動作させることが好ましいものであるのに対し、補助電源装置３７としては、その定格出力電力よりも低い出力電力（いわゆる部分負荷状態）で動作させることに支障がなく、また、急速な負荷変動に対応できるものが使用される。そのような補助電源装置３７としては、前述した太陽光発電装置（太陽電池）やエンジン発電機のほか、風力発電設備や大型の二次電池などを用いることができる。なお、燃料電池システム１２の起動のみに補助電源装置３７を用いる場合には、接続点３６に補助電源装置３７を接続するのではなく、燃料電池システム１２の燃料電池スタック２１のポンプやヒータに補助電源装置３７を接続するようにしてもよい。
【００２３】
本実施形態では、燃料電池システム１２はできるだけその定格出力で運転するものとしているが、負荷１３の状況によっては、蓄電装置３３への蓄電に要する電力を考慮しても、燃料電池システム１２が発生する交流電力のうちのある部分が消費しきれないで余ることがある。負荷調整器３４は、このような余剰の電力を消費することによって、燃料電池システム１２における負荷変動に伴う問題の発生を防止する。負荷調整器３４としては、例えば、（電気）抵抗器を備え、余剰電力を熱に変換するものを使用できる。本実施形態では、系統電源１１の動作時であれば、負荷変動分は系統電源からの電力で賄われ、消費電力が小さすぎるときには燃料電池システム１２を停止するものとしているので、系統電源１１の動作時には、このような負荷調整器３４を接続点３１に接続する必要はない。
【００２４】
なお、燃料電池システム１２として出力（負荷）を可変にして運転することが可能なものを使用する場合にあっては、あるいは、自立運転させるべき電源装置として最大定格内での出力変動を許容するものを使用する場合にあっては、負荷調整器３４は、燃料電池システム１２の出力が少なくとも負荷需要入力を超過しないように、蓄電装置３３への充電量や抵抗による電力消費量を制御するとともに、電力需要に応じて燃料電池システム１２に対してその出力電力値の指令値を生成してその指令値をフィードバックするようにしてもよい。具体的には、負荷変動に対して燃料電池システム１２が追従可能な範囲であって、かつ、蓄電装置３３の充電量を起動または調整能力を保持する所要充電量範囲に維持するように、燃料電池システム１２の出力電力の指令値を生成する。
【００２５】
本実施形態において、インバータ３２は、単に交流電力を発生して負荷１３に供給するだけの機能を有するものではない。インバータ３２が発生する交流電力の電圧波形は、接続点３１を介して自立運転中の燃料電池システム１２にも供給され、燃料電池システム１２のパワーコンディショナ２２は、インバータ３２からの交流電力の電圧波形に基づいて、交流電力を出力する。すなわち、インバータ３２は、燃料電池システム１２が発生する交流電力における周波数や位相の基準となるものである。そのため、電圧制御型のインバータ３２を用いて、正確な周波数及び位相を有する交流電力を発生できるようにしている。なお、燃料電池システム１２の起動後においては、燃料電池システム１２が発生した電力がインバータ３２に供給されることになり、これによって、正確な周波数及び位相を有する交流電力が永続的に発生することになる。また、インバータ３２からの交流電力は、パワーコンディショナ２２を介して燃料電池システム１２の起動のための電力としても使用される。
【００２６】
図２は、燃料電池システム１２が単相三線式の交流電力を出力する場合における自立運転支援装置１６の具体的な結線構成を示している。単相三線式であることに対応して、中性点を共有する２台のインバータ３２が設けられている。
【００２７】
次に、この電源システムの動作について、図３を示して説明する。系統電源１１が正常に動作しているとして（ステップ１０１）、系統電源がダウンすなわち停電となると（ステップ１０２）、切り離しスイッチ１５及び解列スイッチ１７が遮断状態となる。その後、解列スイッチ１７を導通状態とし自立運転支援装置１６を動作させて燃料電池システム１２を再起動させる（ステップ１０３）。このとき、電力不足などにより燃料電池システム１２が再起動できない場合があるから、そのときは、補助電源装置３７を接続して補助電源装置３７からの電力によって燃料電池システム１２を起動させる（ステップ１０４）。
【００２８】
燃料電池システム１２が起動すると、系統電源の停電時にも電力を供給すべき負荷（非常用負荷）のみに電力が供給が接続される防災運転モードに切り替わり（ステップ１０５）、非常用負荷のみに電力が供給されるように分電盤内の接続を変更し（ステップ１０６）、燃料電池システム１２の自立運転によってこれらの非常用負荷に電力を供給する（ステップ１０７）。
【００２９】
その後、系統電源が復帰した場合には（ステップ１０８）、いったん、燃料電池システム１２の運転を停止し（ステップ１０９）、非常用負荷以外の負荷にも電力が供給されるように分電盤内の接続を元に戻し（ステップ１１０）、切り離しスイッチ１５を導通状態として系統電源１１に連系するように燃料電池システム１２の運転を開始する（ステップ１１１）。これにより、システム全体の動作は、系統電源１１の停電前の状態に戻ったことになる。
【００３０】
次に、燃料電池システム１２の自立運転時における負荷の消費電力の急激な変化への対応について説明する。図４は、負荷１３の消費電力の変動と燃料電池システム１２の出力電力と蓄電装置３３の充放電との関係を示している。燃料電池システム１２は、図示されるように、ほぼその定格電力Ａで連続して運転される。これに対し、負荷１３の消費電力Ｐは図示太線で示すように大きく変化するが、Ｐ＜Ａであるときは、その差のＡ−Ｐに相当する部分の電力は、充電用コンバータ３５を介して蓄電装置３３の充電に用いられる。また、Ｐ＞Ａであるときは、その差のＰ−Ａの電力は、蓄電装置３３からインバータ３２を介して供給される交流電力によって賄われる。これにより、本実施形態では、燃料電池システム１２は負荷の急激な変動にも耐えられるようになる。なお、Ｐ＞Ａであって蓄電装置３３がほぼ満充電であるような場合には、余剰電力Ｐ−Ａは、負荷調整器３４によって消費されることになる。
【００３１】
このように図１に示す電源システムでは、自立運転支援装置１６を用いることによって、分散型電源システムである燃料電池システム１２そのものを改造する必要なく、系統電源１１が停電した場合においても、負荷変動に対応できる自立電源システムを実現することができる。また、系統電源が停電であっても、燃料電池システム１２の起動に必要な電力を燃料電池システム１２に供給することができる。このような自立運転支援装置１６は、系統連系を行う前の燃料電池システム１２の運転試験装置としても使用できる。
【００３２】
次に、本発明の具体的な一例として、自立運転支援装置を含む電源システムの詳細な構成について説明する。図５に示す電源システムは、図１に示す電源システムと同様の構成のものであり、系統電源１１から単相三線式（１φ３Ｗ）と三相三線式（３φ３Ｗ）の２種類の交流電力が供給されている。ただし、補助電源装置３７として、単相三線式の交流電力を発生し、分電盤に直接接続するものが用いられている点で、図１のものと異なっている。
【００３３】
負荷として、系統電源の停電時にも単相三線式の交流電力が供給されるべき負荷（重要負荷）１３Ａと、系統電源の停電時には電力が供給されない三相三線式の負荷１３Ｂとが設けられている。分電盤としては、系統電源１１及び各負荷１３Ａ，１３Ｂが収容される系統分電盤１４Ａと系統分電盤１４Ａと燃料電池システム１２との間に設けられる燃料電池用分電盤１４Ｂの２つが設けられ、解列スイッチ１７は燃料電池用分電盤１４Ｂ内に設けられている。燃料電池システム１２の燃料ポンプなどは単相の交流電力で動作するように構成されている。燃料電池システム１２は、燃料電池スタック２１を備えるとともに、パワーコンディショナとして、燃料電池スタック２１の出力直流電力を昇圧する昇圧コンバータ２２Ａと、昇圧コンバータ２２Ａが出力する直流電力を単相三線式の電力に変換し系統電源に連系させる系統連系インバータ２２Ｂを備えている。
【００３４】
系統分電盤１４Ａには、充放電リレーコントロール盤４０が接続している。充放電リレーコントロール盤４０は、各機器の電圧、電流を監視してアナログ−デジタル変換し、数値制御、プロセス制御によって、各スイッチやリレーによって、各機器間の接続や切り離し、充放電の制御を行い、燃料電池システム１２の自立運転時の起動停止シーケンス（例えば図３に示すようなシーケンス）を実行するものである。
【００３５】
さらに充放電リレーコントロール盤４０は、燃料電池システム１２などの出力調整能力に劣る電源から電力が供給されている場合に、余剰電力が負荷調整器などで無駄に消費されていることを警告灯などの手段で利用者に報知できるものであってもよく、また、負荷である消費電力が過大になるなどの不安定事象の発生を事前に利用者に警告できるものであってもよい。さらに、電源側からの電力供給量が需要量（負荷電力）に追いつかない緊急時には、系統分電盤１４Ａを制御して、負荷を一部を切り離すことができるものであってもよい。
【００３６】
蓄電装置３３として、電気二重層コンデンサが設けられており、蓄電装置３３の充電のために、燃料電池用分電盤１４Ｂから供給される単相電力を直流に変換する整流器４１と整流器４１からの２８０〜３４０Ｖの直流電力を蓄電装置３３に適した電圧の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ４２を備えている。整流器４１及びＤＣ−ＤＣコンバータ４２は、図１に示すシステムにおける充電用コンバータに該当する。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ４２は、蓄電装置３３の充電時には蓄電装置３３に供給される電力を制御し、蓄電装置３３の放電時には蓄電装置３３からインバータ３２によって交流に変換される電力を制御する充放電電流制限機能を備えている。この充放電電流制御機能は、燃料電池システム１２に発生する定常的な電力と負荷の消費電力との過不足に相当する分だけが蓄電装置３３に充電されあるいは蓄電装置３３から取り出されるようにする機能である。
【００３７】
インバータ３２は、図１におけるインバータと同様に、蓄電装置３３に蓄えられた直流電力を交流電力に変換するものであって、その出力は、燃料電池システム１２の出力とともに、燃料電池用分電盤１４Ｂに共通接続している。負荷調整器としては、抵抗とリアクタンスからなるＬＲ負荷３４Ａと、燃料電池システム１２の出力に接続し、余剰電力をＬＲ負荷３４Ａに供給するＡＣ負荷装置３４Ｂを備えている。
【００３８】
単相三線式の交流電力を発生する補助電源装置３７としては、発電機からなるもの、あるいはバッテリーとインバータからなるものが用いられる。補助電源装置３７がバッテリーを有する場合、このバッテリーは、前述したＤＣ−ＤＣコンバータ４２によって充電されるようになっている。補助電源装置からの交流電力は、燃料電池用分電盤１４Ｂに供給され、これにより、燃料電池システム１２の起動時に必要な電力として、さらには、負荷１３Ａでの電力が増大した場合に用いられることになる。
【符号の説明】
【００３９】
１１ 系統電源
１２ 燃料電池システム
１３，１３Ａ，１３Ｂ 負荷
１４ 分電盤
１４Ａ 系統分電盤
１４Ｂ 燃料電池分電盤
１５ 切り離しスイッチ
１６ 自立運転支援装置
１７ 解列スイッチ
２１ 燃料電池スタック
２２ パワーコンディショナ
２２Ａ 昇圧コンバータ
２２Ｂ 系統連系インバータ
３１，３６ 接続点
３２ インバータ
３３ 蓄電装置
３４ 負荷調整器
３４Ａ ＬＲ負荷
３４Ｂ ＡＣ負荷装置
３５ 充電用コンバータ
４０ 充放電リレーコントロール盤
４１ 整流器
４２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池などの分散型発電装置の運用技術に関し、特に、系統電源の停止時などにおける分散型発電装置の自立運転を支援する自立運転支援装置と、そのような自立運転支援装置を備える電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力消費家（需要家）の場所において、分散型発電装置（以下、分散型電源と呼ぶ）として燃料電池などを配備し、燃料電池からの電力と電気事業者の系統電源（商用電源）からの電力とを組み合わせてその電力消費家における電力消費を賄うようにした分散型の電源システムが注目を集めている。この場合、分散型電源が発生する直流電力は交流電力に変換され、系統電源の交流電力に重畳させて電力消費家の宅内の負荷に配電されることになる。このため、直流電力を交流電力に変換するためのインバータを用い、系統電源に対して燃料電池を連系させるようにしている。インバータからは、周波数や電圧が系統電源からの電力のそれらに適合した交流電力が出力する。なお、系統電源が停電となったときには、系統電源の配電網側での安全を確保するために、分散型電源の動作を停止させるとともに、分散型電源を系統電源から電気的に切り離す（解列する）ことが定められている。
【０００３】
ところで、分散型電源として用いられる燃料電池は、その動作原理や構造上の特徴から、負荷の急激な変動に対応することができない。燃料電池は負荷の需要入力に対して出力調整が単独では難しい電源である。例えばある一定の出力電力で燃料電池が運転され、燃料電池から電力を供給される負荷も燃料電池の出力に見合う電力を消費しているとして、その負荷が急激に消費電力を増大させようとしても、燃料電池の出力電力をそのような急激な変化率で上昇させることはできない。もちろん、燃料電池がその定格出力で動作している場合には、それ以上の電力を燃料電池から得ることはできない。負荷における消費電力が急減したとしても、燃料電池の出力電力をそれほど急激には低下させることはできない。負荷の消費電力が急減した場合には、燃料電池の出力と消費電力との差に相当する電力を別途消費するようにしないと、過電圧や燃料電池における温度上昇などの問題が生じうる。燃料電池の安定した動作のためには、出力電力をある値以下にすることはできない。また、燃料電池などの分散型電源における発生電力量あたりの発電コストは、分散型電源をその定格出力で運転する場合が一番安い。
【０００４】
そこで、燃料電池などの分散型電源を系統電源に連系させて使用する場合には、ある長さの時間にわたって負荷側の消費電力がその値を下回ることがないという値を定格出力とするように分散型電源を構成し、分散型電源の出力と消費電力との差の部分、すなわち大きな変動が見込まれるについては系統電源で賄うようにするのが一般的である。夜間や休日など、消費電力が極端に低下すると考えられる時間帯については、分散型電源の動作を停止させ、系統電源だけで消費電力を賄うようにする。
【０００５】
分散型電源は、系統電源からは自立した電源として動作させることができるはずのものであるから、災害発生時などにおいて系統電源が途絶した場合の非常用電源として、あるいは系統電源が得られない場所での電源として使用でき、近年、分散型電源を用いた災害時などの停電に対応する自立運転型システムが、多くの分野で普及しつつある。通常時には系統電源に連系している分散型電源を非常用電源などとして利用する場合には、系統電源の停電を検知したときに前述のように分散型電源は系統電源から解列するとともに動作が停止するから、その後、非常時に電力を供給すべき負荷のみに電力が供給されるように配電線または配電盤における接続替えを行い、分散型電源を再起動させ、それらの負荷に対して電力を供給することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
分散型電源、特に燃料電池を自立運転させる場合には、急峻な負荷の変動に対応できるようにすることが必要である。また、燃料電池の起動には、燃料電池を所定の温度まで昇温させ、また燃料電池に燃料を供給するポンプを動作させるためなどに、発電を開始する前の燃料電池に対して電力を供給する必要がある。また、系統電源に連系する分散型電源は、一般に、系統電源の交流電力の周波数や位相を基準として交流電力を発生するように構成されているので、系統電源からの交流電力が途絶すると、周波数や位相が適切な交流電力を発生することができない。したがって、燃料電池などからなり系統電源に連系する分散型電源が存在するということだけでは、系統電源の停電時などに系統電源から独立させてその分散型電源を自立させて運転させることは難しい。
【０００７】
そこで、急峻な負荷の変動に対応できるとともに、燃料電池など起動時に電力を必要とする分散型電源に対応した、分散型電源の自立運転を支援できるシステムが望まれている。特に、系統電源に連系する既存の分散型電源に対し、その分散型電源の装置自体には手を入れることなく、系統電源の停電時にその分散型電源を自立運転させることができるシステムが望まれている。
【０００８】
なお、系統に連系している場合には分散型電源からは単相三線式の交流電力が供給されればよいが、自立運転時には分散型電源から三相三線式の負荷に電力を供給したい、という場合もある。
【０００９】
本発明の目的は、系統電源の停電時などにおいて、燃料電池などの分散型電源を自立運転させることができる自立運転支援装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、燃料電池などの分散型電源を備え、系統電源の停電時などにおいてその分散型電源を自立運転させることができる電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の自立運転支援装置は、通常時には系統電源の周波数に同期した交流電力を出力する電源装置を自立運転させるための自立運転支援装置であって、電源装置を起動させ及び／または前記電源装置の負荷変動を平準化させる予備電源と、余剰電力を消費して電源装置の運転を安定化させる負荷調整器と、を有する。
【００１２】
本発明の電源システムは、通常時には系統電源の周波数に同期した交流電力を出力する電源装置と、系統電源の停電時に電源装置を起動させ及び／または電源装置の負荷変動を平準化させる予備電源と、系統電源の停電時に余剰電力を消費して前記電源装置の運転を安定化させる負荷調整器と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は以上説明したように構成したので、本発明によれば、分散型電源システムそのものを大掛かりに改造する必要なく、系統が停電した場合においても、負荷変動に対応できる自立電源システムを実現することができる。また、分散型電源に燃料電池を用いる場合において、起動時の電力を供給することが可能である。さらに系統連系を行う前の分散型電源の運転試験装置としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の一形態の自立運転支援装置を含む電源システム全体の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】自立運転支援装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】系統電源が停止から燃料電池の自立運転、系統電源の復帰までの処理を示すフローチャートである。
【図４】負荷の消費電力の変動と燃料電池システムの出力電力と蓄電装置の充放電との関係を示すグラフである。
【図５】自立運転支援装置を含む電源システムの一例の詳細な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の一形態の自立運転支援装置を含む電源システム全体の基本的な構成を示すブロック図である。この電源システムは、分散型電源として系統電源（商用電源）１１に連系する燃料電池システム１２を有し、通常時には、燃料電池システム１２からの電力と系統電源１１からの電力とを重畳して負荷１３に供給するとともに、系統電源１１の停電時には、燃料電池１２を自立運転させて負荷１３に電力を供給できるように構成されたものである。系統電源１１からは一般に単相三線式あるいは三相三線式で交流電力が供給されている。
【００１７】
燃料電池システム１２は、燃料電池本体として直流電力を発生する燃料電池スタック２１と、燃料電池スタック２１からの直流電力を系統電源に連系した交流電力に変換するパワーコンディショナ２２とを備えており、パワーコンディショナ２２の出力がこの燃料電池システム１２の出力となる。パワーコンディショナ２２は、直流／交流変換のためなどのインバータ回路のほかに、系統電源１１側の停電を検出して燃料電池システム１２を解列するための回路などを備えている。分電盤１４が設けられており、分電盤１４は、切り離しスイッチ１５を介して系統電源１１に接続するとともに、燃料電池システム１２と負荷１３が接続しており、系統電源１１及び燃料電池システム１２からの交流電力を負荷１３に供給する。分電盤１４と燃料電池システム１２とを接続する配電線に対して、燃料電池システム１２の自立運転を支援するための、後述する自立運転支援装置１６が接続している。分電盤１４内には、系統電源１１の停電時に燃料電池システム１２を解列するための解列スイッチ１７も設けられている。この電源システムでは、系統電源１１の停電が検知された場合には、切り離しスイッチ１５及び解列スイッチ１７がいったん遮断状態となる。その後、燃料電池システム１２を自立運転モードで再起動させた場合には、切り離しスイッチ１５を遮断状態としたまま解列スイッチ１７を導通状態とし、燃料電池システム１２からの交流電力のみを負荷１３に供給できるようにする。
【００１８】
自立運転支援装置１６は、系統電源が停電となった状態で燃料電池システム１２を始動させるために必要な電力を燃料電池システム１２に供給するとともに、燃料電池システム１２が自立運転しているときに負荷の急峻な変動に対応できるようにするためのものである。
【００１９】
自立運転支援装置１６は、燃料電池システム１２と分電盤１４との間の配電線に対する接続点３１と、この接続点３１に対して出力が接続した電圧制御型のインバータ３２と、インバータ３２に対して供給される直流電力を蓄える蓄電装置３３と、接続点３１に接続し、燃料電池システム１２が発生する交流電力のうちの余った電力を消費する負荷調整器３４と、接続点３１に接続し接続点３１から取り込んだ交流電力を直流電力に変換して充電のために蓄電装置３３に供給する充電用コンバータ３５と、を備えている。蓄電装置３３とインバータ３２との接続点３６に対し充電用コンバータ３５の出力が接続している。また、蓄電装置３３からの直流電力だけでは燃料電池システム１２の起動に必要な電力を賄えない場合や負荷１３での消費電力の急増に対応できない場合には、接続点３６に対して太陽光発電装置やエンジン発電機などの補助電源装置３７を接続するようにしてもよい。
【００２０】
燃料電池システム１２は、「背景技術」の欄でも述べたように、負荷の消費電力の急激な変化に対応できないものであるとともに、起動に電力を要するものである。そこで自立運転支援装置１６では、燃料電池システム１２の自立運転時に、負荷１３の発生する消費電力に比べて燃料電池システム１２の発生する電力が余るときにはその余った電力を蓄電装置３３に蓄電し、燃料電池システム１２の発生する電力が負荷の消費電力に比べて不足する場合に、蓄電装置３３に蓄えられた直流電力でその不足分を補うようにしている。また、系統電源が正常に動作している場合において、接続点３１から取り込んだ交流電力を充電用コンバータ３５によって直流に変換することにより、蓄電装置３３に直流電力を蓄えることができる。したがって、系統電源１１の停電が発生した後に燃料電池システム１２を再起動する際に必要な電力として、蓄電装置３３に蓄積されている直流電力を用いることができ、なお不足する場合には、補助電源装置３７からの電力を追加して用いればよい。
【００２１】
本実施形態において、蓄電装置３３は、外部から供給された電力を蓄積することができるとともに、その蓄積した電力を放出する機能を有するものであり、変動する負荷に応じて出力電流を変化させることができるものである。このような蓄電設備３３は、燃料電池システム１２では到底対応できないような急激な負荷変動にも対応できるようにするためのものである。蓄電装置３３としては、例えば、リチウムイオン二次電池、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池などの各種の二次電池、あるいは、電気二重層コンデンサなどの大容量のコンデンサ（キャパシタ）が使用される。ある程度緩慢な負荷変動に対応するために比較的大容量の二次電池を設けるとともに、短時間における急激な負荷変動にも対応できるように、二次電池に対して並列に電気二重層コンデンサなどを接続して蓄電装置３３を構成することが好ましい。
【００２２】
燃料電池が所定の定格出力電力の近傍で負荷変動なく動作させることが好ましいものであるのに対し、補助電源装置３７としては、その定格出力電力よりも低い出力電力（いわゆる部分負荷状態）で動作させることに支障がなく、また、急速な負荷変動に対応できるものが使用される。そのような補助電源装置３７としては、前述した太陽光発電装置（太陽電池）やエンジン発電機のほか、風力発電設備や大型の二次電池などを用いることができる。なお、燃料電池システム１２の起動のみに補助電源装置３７を用いる場合には、接続点３６に補助電源装置３７を接続するのではなく、燃料電池システム１２の燃料電池スタック２１のポンプやヒータに補助電源装置３７を接続するようにしてもよい。
【００２３】
本実施形態では、燃料電池システム１２はできるだけその定格出力で運転するものとしているが、負荷１３の状況によっては、蓄電装置３３への蓄電に要する電力を考慮しても、燃料電池システム１２が発生する交流電力のうちのある部分が消費しきれないで余ることがある。負荷調整器３４は、このような余剰の電力を消費することによって、燃料電池システム１２における負荷変動に伴う問題の発生を防止する。負荷調整器３４としては、例えば、（電気）抵抗器を備え、余剰電力を熱に変換するものを使用できる。本実施形態では、系統電源１１の動作時であれば、負荷変動分は系統電源からの電力で賄われ、消費電力が小さすぎるときには燃料電池システム１２を停止するものとしているので、系統電源１１の動作時には、このような負荷調整器３４を接続点３１に接続する必要はない。
【００２４】
なお、燃料電池システム１２として出力（負荷）を可変にして運転することが可能なものを使用する場合にあっては、あるいは、自立運転させるべき電源装置として最大定格内での出力変動を許容するものを使用する場合にあっては、負荷調整器３４は、燃料電池システム１２の出力が少なくとも負荷需要入力を超過しないように、蓄電装置３３への充電量や抵抗による電力消費量を制御するとともに、電力需要に応じて燃料電池システム１２に対してその出力電力値の指令値を生成してその指令値をフィードバックするようにしてもよい。具体的には、負荷変動に対して燃料電池システム１２が追従可能な範囲であって、かつ、蓄電装置３３の充電量を起動または調整能力を保持する所要充電量範囲に維持するように、燃料電池システム１２の出力電力の指令値を生成する。
【００２５】
本実施形態において、インバータ３２は、単に交流電力を発生して負荷１３に供給するだけの機能を有するものではない。インバータ３２が発生する交流電力の電圧波形は、接続点３１を介して自立運転中の燃料電池システム１２にも供給され、燃料電池システム１２のパワーコンディショナ２２は、インバータ３２からの交流電力の電圧波形に基づいて、交流電力を出力する。すなわち、インバータ３２は、燃料電池システム１２が発生する交流電力における周波数や位相の基準となるものである。そのため、電圧制御型のインバータ３２を用いて、正確な周波数及び位相を有する交流電力を発生できるようにしている。なお、燃料電池システム１２の起動後においては、燃料電池システム１２が発生した電力がインバータ３２に供給されることになり、これによって、正確な周波数及び位相を有する交流電力が永続的に発生することになる。また、インバータ３２からの交流電力は、パワーコンディショナ２２を介して燃料電池システム１２の起動のための電力としても使用される。
【００２６】
図２は、燃料電池システム１２が単相三線式の交流電力を出力する場合における自立運転支援装置１６の具体的な結線構成を示している。単相三線式であることに対応して、中性点を共有する２台のインバータ３２が設けられている。
【００２７】
次に、この電源システムの動作について、図３を示して説明する。系統電源１１が正常に動作しているとして（ステップ１０１）、系統電源がダウンすなわち停電となると（ステップ１０２）、切り離しスイッチ１５及び解列スイッチ１７が遮断状態となる。その後、解列スイッチ１７を導通状態とし自立運転支援装置１６を動作させて燃料電池システム１２を再起動させる（ステップ１０３）。このとき、電力不足などにより燃料電池システム１２が再起動できない場合があるから、そのときは、補助電源装置３７を接続して補助電源装置３７からの電力によって燃料電池システム１２を起動させる（ステップ１０４）。
【００２８】
燃料電池システム１２が起動すると、系統電源の停電時にも電力を供給すべき負荷（非常用負荷）のみに電力が供給が接続される防災運転モードに切り替わり（ステップ１０５）、非常用負荷のみに電力が供給されるように分電盤内の接続を変更し（ステップ１０６）、燃料電池システム１２の自立運転によってこれらの非常用負荷に電力を供給する（ステップ１０７）。
【００２９】
その後、系統電源が復帰した場合には（ステップ１０８）、いったん、燃料電池システム１２の運転を停止し（ステップ１０９）、非常用負荷以外の負荷にも電力が供給されるように分電盤内の接続を元に戻し（ステップ１１０）、切り離しスイッチ１５を導通状態として系統電源１１に連系するように燃料電池システム１２の運転を開始する（ステップ１１１）。これにより、システム全体の動作は、系統電源１１の停電前の状態に戻ったことになる。
【００３０】
次に、燃料電池システム１２の自立運転時における負荷の消費電力の急激な変化への対応について説明する。図４は、負荷１３の消費電力の変動と燃料電池システム１２の出力電力と蓄電装置３３の充放電との関係を示している。燃料電池システム１２は、図示されるように、ほぼその定格電力Ａで連続して運転される。これに対し、負荷１３の消費電力Ｐは図示太線で示すように大きく変化するが、Ｐ＜Ａであるときは、その差のＡ−Ｐに相当する部分の電力は、充電用コンバータ３５を介して蓄電装置３３の充電に用いられる。また、Ｐ＞Ａであるときは、その差のＰ−Ａの電力は、蓄電装置３３からインバータ３２を介して供給される交流電力によって賄われる。これにより、本実施形態では、燃料電池システム１２は負荷の急激な変動にも耐えられるようになる。なお、Ｐ＞Ａであって蓄電装置３３がほぼ満充電であるような場合には、余剰電力Ｐ−Ａは、負荷調整器３４によって消費されることになる。
【００３１】
このように図１に示す電源システムでは、自立運転支援装置１６を用いることによって、分散型電源システムである燃料電池システム１２そのものを改造する必要なく、系統電源１１が停電した場合においても、負荷変動に対応できる自立電源システムを実現することができる。また、系統電源が停電であっても、燃料電池システム１２の起動に必要な電力を燃料電池システム１２に供給することができる。このような自立運転支援装置１６は、系統連系を行う前の燃料電池システム１２の運転試験装置としても使用できる。
【００３２】
次に、本発明の具体的な一例として、自立運転支援装置を含む電源システムの詳細な構成について説明する。図５に示す電源システムは、図１に示す電源システムと同様の構成のものであり、系統電源１１から単相三線式（１φ３Ｗ）と三相三線式（３φ３Ｗ）の２種類の交流電力が供給されている。ただし、補助電源装置３７として、単相三線式の交流電力を発生し、分電盤に直接接続するものが用いられている点で、図１のものと異なっている。
【００３３】
負荷として、系統電源の停電時にも単相三線式の交流電力が供給されるべき負荷（重要負荷）１３Ａと、系統電源の停電時には電力が供給されない三相三線式の負荷１３Ｂとが設けられている。分電盤としては、系統電源１１及び各負荷１３Ａ，１３Ｂが収容される系統分電盤１４Ａと系統分電盤１４Ａと燃料電池システム１２との間に設けられる燃料電池用分電盤１４Ｂの２つが設けられ、解列スイッチ１７は燃料電池用分電盤１４Ｂ内に設けられている。燃料電池システム１２の燃料ポンプなどは単相の交流電力で動作するように構成されている。燃料電池システム１２は、燃料電池スタック２１を備えるとともに、パワーコンディショナとして、燃料電池スタック２１の出力直流電力を昇圧する昇圧コンバータ２２Ａと、昇圧コンバータ２２Ａが出力する直流電力を単相三線式の電力に変換し系統電源に連系させる系統連系インバータ２２Ｂを備えている。
【００３４】
系統分電盤１４Ａには、充放電リレーコントロール盤４０が接続している。充放電リレーコントロール盤４０は、各機器の電圧、電流を監視してアナログ−デジタル変換し、数値制御、プロセス制御によって、各スイッチやリレーによって、各機器間の接続や切り離し、充放電の制御を行い、燃料電池システム１２の自立運転時の起動停止シーケンス（例えば図３に示すようなシーケンス）を実行するものである。
【００３５】
さらに充放電リレーコントロール盤４０は、燃料電池システム１２などの出力調整能力に劣る電源から電力が供給されている場合に、余剰電力が負荷調整器などで無駄に消費されていることを警告灯などの手段で利用者に報知できるものであってもよく、また、負荷である消費電力が過大になるなどの不安定事象の発生を事前に利用者に警告できるものであってもよい。さらに、電源側からの電力供給量が需要量（負荷電力）に追いつかない緊急時には、系統分電盤１４Ａを制御して、負荷を一部を切り離すことができるものであってもよい。
【００３６】
蓄電装置３３として、電気二重層コンデンサが設けられており、蓄電装置３３の充電のために、燃料電池用分電盤１４Ｂから供給される単相電力を直流に変換する整流器４１と整流器４１からの２８０〜３４０Ｖの直流電力を蓄電装置３３に適した電圧の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ４２を備えている。整流器４１及びＤＣ−ＤＣコンバータ４２は、図１に示すシステムにおける充電用コンバータに該当する。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ４２は、蓄電装置３３の充電時には蓄電装置３３に供給される電力を制御し、蓄電装置３３の放電時には蓄電装置３３からインバータ３２によって交流に変換される電力を制御する充放電電流制限機能を備えている。この充放電電流制御機能は、燃料電池システム１２に発生する定常的な電力と負荷の消費電力との過不足に相当する分だけが蓄電装置３３に充電されあるいは蓄電装置３３から取り出されるようにする機能である。
【００３７】
インバータ３２は、図１におけるインバータと同様に、蓄電装置３３に蓄えられた直流電力を交流電力に変換するものであって、その出力は、燃料電池システム１２の出力とともに、燃料電池用分電盤１４Ｂに共通接続している。負荷調整器としては、抵抗とリアクタンスからなるＬＲ負荷３４Ａと、燃料電池システム１２の出力に接続し、余剰電力をＬＲ負荷３４Ａに供給するＡＣ負荷装置３４Ｂを備えている。
【００３８】
単相三線式の交流電力を発生する補助電源装置３７としては、発電機からなるもの、あるいはバッテリーとインバータからなるものが用いられる。補助電源装置３７がバッテリーを有する場合、このバッテリーは、前述したＤＣ−ＤＣコンバータ４２によって充電されるようになっている。補助電源装置からの交流電力は、燃料電池用分電盤１４Ｂに供給され、これにより、燃料電池システム１２の起動時に必要な電力として、さらには、負荷１３Ａでの電力が増大した場合に用いられることになる。
【符号の説明】
【００３９】
１１ 系統電源
１２ 燃料電池システム
１３，１３Ａ，１３Ｂ 負荷
１４ 分電盤
１４Ａ 系統分電盤
１４Ｂ 燃料電池分電盤
１５ 切り離しスイッチ
１６ 自立運転支援装置
１７ 解列スイッチ
２１ 燃料電池スタック
２２ パワーコンディショナ
２２Ａ 昇圧コンバータ
２２Ｂ 系統連系インバータ
３１，３６ 接続点
３２ インバータ
３３ 蓄電装置
３４ 負荷調整器
３４Ａ ＬＲ負荷
３４Ｂ ＡＣ負荷装置
３５ 充電用コンバータ
４０ 充放電リレーコントロール盤
４１ 整流器
４２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常時には系統電源の周波数に同期した交流電力を出力する電源装置を自立運転させるための自立運転支援装置であって、
前記電源装置を起動させ及び／または前記電源装置の負荷変動を平準化させる予備電源と、
余剰電力を消費して前記電源装置の運転を安定化させる負荷調整器と、
を有する自立運転支援装置。
【請求項２】
前記予備電源からの電力を所定の周波数の交流電力に変換する電圧制御型のインバータを備え、前記系統電源の停電時において前記電源装置は前記インバータの出力する交流電力に同期した交流電力を出力する、請求項１に記載の自立運転支援装置。
【請求項３】
前記予備電源は直流電力を出力する、請求項２に記載の自立運転支援装置。
【請求項４】
前記予備電源は、前記電源装置に比較して、負荷の需要入力に対する出力調整を容易に行えるものである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自立運転支援装置。
【請求項５】
前記予備電源は蓄電機能を有し、
さらに、前記負荷における消費電力と前記電源装置が発生する電力との過不足分を前記予備電源に蓄積させあるいは前記予備電源から放出させる制御を行う制御手段を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の自立運転支援装置。
【請求項６】
前記予備電源は、蓄電機能を有して電源装置の負荷変動を平準化させる蓄電装置と、前記電源装置を起動するために必要な電力を発生する補助電源装置と、を含み、
前記自立運転支援装置は、さらに、前記負荷における消費電力と前記電源装置が発生する電力との過不足分を前記蓄電装置に蓄積させあるいは前記蓄電装置から放出させる制御を行う制御手段を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の自立運転支援装置。
【請求項７】
前記制御手段は、負荷変動に前記電源装置が追従可能な範囲であって、かつ、前記蓄電装置の蓄電量が前記電源装置の起動または負荷調整を実施するために必要な所要充電量範囲に維持されるように、前記電源装置に対してその出力値の指令値を生成してフィードバックする、請求項６に記載の自立運転支援装置。
【請求項８】
前記予備電源は蓄電機能を有して電源装置の負荷変動を平準化させる蓄電装置を備えており、
さらに、前記予備電源と前記電圧制御型のインバータとの間の点に対して接続して前記系統電源からの電力を前記蓄電装置に供給可能なコンバータを有する、請求項３に自立運転支援装置。
【請求項９】
通常時には系統電源の周波数に同期した交流電力を出力する電源装置と、
前記系統電源の停電時に前記電源装置を起動させ及び／または前記電源装置の負荷変動を平準化させる予備電源と、
前記系統電源の停電時に余剰電力を消費して前記電源装置の運転を安定化させる負荷調整器と、
を有する電源システム。
【請求項１０】
前記予備電源からの電力を所定の周波数の交流電力に変換する電圧制御型のインバータを備え、前記系統電源の停電時において前記電源装置は前記インバータの出力する交流電力に同期した交流電力を出力する、請求項８に記載の電源システム。
【請求項１１】
前記電源装置は、直流電力を発生する分散型電源と、前記分散型電源からの直流電力を交流電力に変換する変換手段と、を備え、
前記変換手段は、前記系統電源の停電時には所定の周波数の交流電力を自立して出力する機能を有する、請求項９に記載の電源システム。
【請求項１２】
前記予備電源は蓄電機能を有して前記分散型電源の出力に接続し、
負荷における消費電力と前記電源装置が発生する電力との過不足分を前記予備電源に蓄積させあるいは前記予備電源から放出させる制御を行う制御手段を有する、請求項１１に記載の電源システム。
【請求項１３】
前記制御手段は、負荷変動に前記電源装置が追従可能な範囲であって、かつ、前記予備電源の蓄電量が前記電源装置の起動または負荷調整を実施するために必要な所要充電量範囲に維持されるように、前記電源装置に対してその出力値の指令値を生成してフィードバックする、請求項１２に記載の電源システム。
【請求項１４】
前記電源装置が発生する余剰電力が無駄に消費されていることを警告し、及び／または、負荷消費電力が前記電源装置の定格値を超える不安定事象の発生を事前に警告する、警告手段をさらに備える、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１５】
少なくとも前記電源装置が発生した電力を負荷に供給する経路の設けられた分電盤と、
負荷需要が過大である場合を含む緊急時に前記分電盤を制御して前記分電盤から前記負荷の一部を切り離させる負荷切り離し手段を備える、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１】
通常時には系統電源の周波数に同期した交流電力を出力する電源装置を自立運転させるための自立運転支援装置であって、
前記電源装置を起動させ及び／または前記電源装置の負荷変動を平準化させる予備電源と、
余剰電力を消費して前記電源装置の運転を安定化させる負荷調整器と、
を有する自立運転支援装置。
【請求項２】
前記予備電源からの電力を所定の周波数の交流電力に変換する電圧制御型のインバータを備え、前記系統電源の停電時において前記電源装置は前記インバータの出力する交流電力に同期した交流電力を出力する、請求項１に記載の自立運転支援装置。
【請求項３】
前記予備電源は直流電力を出力する、請求項２に記載の自立運転支援装置。
【請求項４】
前記予備電源は、前記電源装置に比較して、負荷の需要入力に対する出力調整を容易に行えるものである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自立運転支援装置。
【請求項５】
前記予備電源は蓄電機能を有し、
さらに、前記負荷における消費電力と前記電源装置が発生する電力との過不足分を前記予備電源に蓄積させあるいは前記予備電源から放出させる制御を行う制御手段を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の自立運転支援装置。
【請求項６】
前記予備電源は、蓄電機能を有して電源装置の負荷変動を平準化させる蓄電装置と、前記電源装置を起動するために必要な電力を発生する補助電源装置と、を含み、
前記自立運転支援装置は、さらに、前記負荷における消費電力と前記電源装置が発生する電力との過不足分を前記蓄電装置に蓄積させあるいは前記蓄電装置から放出させる制御を行う制御手段を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の自立運転支援装置。
【請求項７】
前記制御手段は、負荷変動に前記電源装置が追従可能な範囲であって、かつ、前記蓄電装置の蓄電量が前記電源装置の起動または負荷調整を実施するために必要な所要充電量範囲に維持されるように、前記電源装置に対してその出力値の指令値を生成してフィードバックする、請求項６に記載の自立運転支援装置。
【請求項８】
前記予備電源は蓄電機能を有して電源装置の負荷変動を平準化させる蓄電装置を備えており、
さらに、前記予備電源と前記電圧制御型のインバータとの間の点に対して接続して前記系統電源からの電力を前記蓄電装置に供給可能なコンバータを有する、請求項３に自立運転支援装置。
【請求項９】
通常時には系統電源の周波数に同期した交流電力を出力する電源装置と、
前記系統電源の停電時に前記電源装置を起動させ及び／または前記電源装置の負荷変動を平準化させる予備電源と、
前記系統電源の停電時に余剰電力を消費して前記電源装置の運転を安定化させる負荷調整器と、
を有する電源システム。
【請求項１０】
前記予備電源からの電力を所定の周波数の交流電力に変換する電圧制御型のインバータを備え、前記系統電源の停電時において前記電源装置は前記インバータの出力する交流電力に同期した交流電力を出力する、請求項８に記載の電源システム。
【請求項１１】
前記電源装置は、直流電力を発生する分散型電源と、前記分散型電源からの直流電力を交流電力に変換する変換手段と、を備え、
前記変換手段は、前記系統電源の停電時には所定の周波数の交流電力を自立して出力する機能を有する、請求項９に記載の電源システム。
【請求項１２】
前記予備電源は蓄電機能を有して前記分散型電源の出力に接続し、
負荷における消費電力と前記電源装置が発生する電力との過不足分を前記予備電源に蓄積させあるいは前記予備電源から放出させる制御を行う制御手段を有する、請求項１１に記載の電源システム。
【請求項１３】
前記制御手段は、負荷変動に前記電源装置が追従可能な範囲であって、かつ、前記予備電源の蓄電量が前記電源装置の起動または負荷調整を実施するために必要な所要充電量範囲に維持されるように、前記電源装置に対してその出力値の指令値を生成してフィードバックする、請求項１２に記載の電源システム。
【請求項１４】
前記電源装置が発生する余剰電力が無駄に消費されていることを警告し、及び／または、負荷消費電力が前記電源装置の定格値を超える不安定事象の発生を事前に警告する、警告手段をさらに備える、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の電源システム。
【請求項１５】
少なくとも前記電源装置が発生した電力を負荷に供給する経路の設けられた分電盤と、
負荷需要が過大である場合を含む緊急時に前記分電盤を制御して前記分電盤から前記負荷の一部を切り離させる負荷切り離し手段を備える、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５１８７９（Ｐ２０１３−５１８７９Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５９８９４（Ｐ２０１２−２５９８９４）
【出願日】平成２４年１１月２８日（２０１２．１１．２８）
【分割の表示】特願２００６−１９３２４９（Ｐ２００６−１９３２４９）の分割
【原出願日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２８日（２０１２．１１．２８）
【分割の表示】特願２００６−１９３２４９（Ｐ２００６−１９３２４９）の分割
【原出願日】平成１８年７月１３日（２００６．７．１３）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
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