(57)【要約】      （修正有）【課題】停電時に系統からの電力供給と自立運転出力からの電力供給の切替えを自動かつ瞬時に行うことが可能で、復電時に自立運転出力からの電力供給と系統連系出力からの電力供給へ切替えた場合であっても確実に逆潮流を防ぐことが可能な電力供給システムおよび電力供給方法を提供する。【解決手段】電力供給システム２００において、再生可能エネルギー発電部３と、再生可能エネルギー発電部３からの電力を負荷群に供給するための系統連系出力Ｓと、自立運転出力Ｄを備えたパワーコンディショナ１２と、制御部１０を備える。制御部１０は、商用電源８００およびパワーコンディショナ１２の系統連系出力Ｓからの電力を負荷群に供給し、商用電源停電時は、パワーコンディショナの自立運転出力Ｄからの電力を負荷群に供給する制御を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能エネルギーを利用して発電して電力を供給する再生可能エネルギー発電部と、前記再生可能エネルギー発電部からの電力を負荷群に供給するためのパワーコンディショナと、制御部を備えた電力供給システムであって、
前記パワーコンディショナは系統連系出力と、自立運転出力を切替可能に備えるか、または、系統連系出力に接続する系統連系用パワーコンディショナと、自立運転出力と接続し、商用電源の送電停電に関わらず起動状態の自立運転用パワーコンディショナを個別に備え、
前記制御部は、商用電源送電時には商用電源および前記系統連系出力からの電力を前記負荷群に供給し、商用電源停電時には前記自立運転出力からの電力を前記負荷群に供給する制御を行うことを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記電力供給システムは、商用電源と前記系統連系出力からの電力が並列に接続された第１の入力側端子と、前記自立運転出力からの電力が接続された第２の入力側端子と、前記負荷群が接続された出力側端子を有する電源切替部を備え、商用電源停電時および復電時に前記出力側端子に接続する入力側端子を切替えることを特徴とする請求項１記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記負荷群は複数の調整用負荷を有し、商用電源送電時、商用電源からの受電電力値が目標の範囲内に収まるように、接続される前記調整用負荷の数を増減させて商用電源から送電される電力を一定にする受電電力一定制御を行うことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記調整用負荷はヒーターであることを特徴とする請求項３記載の電力供給システム。
【請求項５】
前記電力供給システムは、前記電源切替部を介さずに商用電源と前記系統連系出力に接続された複数の非優先負荷と、前記負荷群として複数の優先負荷を備え、商用電源送電時は前記非優先負荷および前記優先負荷両方に前記電力が供給され、商用電源停電時は前記優先負荷のみに前記電力が供給されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の電力供給システム。
【請求項６】
前記再生可能エネルギー発電部は、水力発電であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の電力供給システム。
【請求項７】
水車と発電機を備えた水力発電部と、前記水力発電部からの電力を負荷群に供給するためのパワーコンディショナを備えた電力供給システムであって、
前記パワーコンディショナは、系統連系出力と自立運転出力を切替可能に備えるか、または系統連系出力と接続する系統連系用パワーコンディショナと、自立運転出力と接続し、商用電源の送電停電に関わらず起動状態の自立運転用パワーコンディショナを個別に備え、
商用電源送電時は商用電源および系統連系出力からの電力が前記負荷群に供給され、商用電源停電時は前記自立運転出力からの電力が前記負荷群に供給されることを特徴とする電力供給システム。
【請求項８】
前記負荷群は複数の調整用負荷を有し、商用電源送電時、商用電源からの受電電力値が目標の範囲内に収まるように、接続される前記調整用負荷の数を増減させて商用電源から送電される電力を一定にする受電電力一定制御を行うことを特徴とする請求項７記載の電力供給システム。
【請求項９】
商用電源停電時、前記水車の回転数を発電電力が最大となるピーク回転数になるように、接続される前記調整用負荷の数を増減させて水車の回転数を一定にする回転数一定制御を行うことを特徴とする請求項８記載の電力供給システム。
【請求項１０】
前記電力供給システムは、過回転防止用負荷を有し、前記パワーコンディショナへの入力電圧または前記水車の回転数が規定範囲外になる場合に過回転防止用負荷を接続させることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項記載の電力供給システム。
【請求項１１】
再生可能エネルギーを利用して発電して電力を供給する再生可能エネルギー発電部と、前記再生可能エネルギー発電部からの電力を負荷群に供給するためのパワーコンディショナを備えた電力供給システムを使用した電力供給方法であって、
前記パワーコンディショナは系統連系出力と自立運転出力を切替可能に備えるか、または系統連系出力と接続する系統連系用パワーコンディショナと、自立運転出力と接続し、商用電源の送電停電に関わらず起動状態の自立運転用パワーコンディショナを個別に備え、
商用電源送電時には商用電源および前記系統連系出力からの電力を前記負荷群に供給し、商用電源停電時には前記自立運転出力からの電力を前記負荷群に供給することを特徴とする電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統が停電した場合であっても復旧時の切替を自動で行うことができる電力供給システムおよび電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境問題に対する取り組みの一環として、太陽光発電、風力発電、水力発電等の環境に優しくクリーンなエネルギーの普及が急速に進んでおり、特に近年は、太陽光発電や風力発電に比べてエネルギー効率が良い小水力発電（マイクロ水力発電）が注目を集めている。
小水力発電は、一般河川、農業用水、砂防ダム、上下水道などから取水し、水車までの高低差を利用して水車を回すことで発電する。発電したエネルギーは、系統連系されたパワーコンディショナにより負荷へ電力として供給する。
【０００３】
一般的に使用される小水力発電システムのパワーコンディショナにおいては、商用電源系統（以下、適宜、系統と略記する）に連系して交流電力を出力する系統連系運転と、系統と関わりなく交流電力を出力する自立運転とを可能としたものが知られている。
具体的には、商用電源の停電時、系統から独立して非常用電源として電力を負荷に提供できるようになっており（特許文献１の図１）、自立運転出力用のコンセントが装備されている。停電時は、負荷となる機器のプラグを当該コンセントに手動操作によって差し込むことで、小水力発電装置から負荷に電力を供給することができる。
また、系統の停電時にはパワーコンディショナを系統から電気的に遮断させ、系統の復電が確認できた時点でパワーコンディショナを系統に手動操作により再連系させている。それは再連系を自動で行うと復電時に小水力発電装置から系統へ逆潮流してしまう懸念があるため、一般的に使用されるパワーコンディショナは手動操作により復旧する構成となっている。
【０００４】
特許文献１は、蓄電機能を有するパワーコンディショナに関する発明であって、パワーコンディショナ３が主としてＤＣ−ＤＣコンバータ８、インバータ回路１０、充放電回路５を備えて構成され、商用電力系統４が停電した際に、パワーコンディショナ３が商用電力系統４とは独立した非常用電源として動作する自立運転モードのために、スイッチＳ２を介して自立運転出力１２をインバータ回路１０の出力端子として備えていることが記載されている（段落０００９，００１０）。
【０００５】
特許文献２は、パワーコンディショナに関する発明であって、電力供給システム１０が、太陽光発電設備２４で発電した直流電力を交流電力に変換する太陽光発電用パワーコンディショナ（ＰＶ−ＰＣＳｂ）２２を備えており、ＰＶ−ＰＣＳｂ２２は、使用者の操作で独自に搭載している自立運転への切替えができ、ＰＶ−ＰＣＳｂ２２に設けられたコンセントにＡＣ１００Ｖの電圧を出力し、特定の負荷をコンセントに接続することで電力を供給することができることが記載されている（段落００１２，００３９）。
【０００６】
特許文献３は、パワーコンディショナに関する発明であって、パネル２に設けられた操作部８には、各種情報を表示する液晶ディスプレイ８０と、入力操作を受け付ける各種スイッチ８１とを備え、操作部８での手動入力に基づいて、系統連系を行う系統連系運転モードと、自立運転を行う自立運転モードを切替えることが記載されている（段落００５１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０５４４７３号公報
【特許文献２】特開２０１７−１５３３０４号公報
【特許文献３】特開２０１６−１９２８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、小水力発電は高低差や流量のある河川、水路、ダム等に設置され、無人で運用されているところが多い。停電が発生した場合、パワーコンディショナを系統から独立させて自立運転に切替える作業や系統が復電した場合の再連系作業は、作業者による手動操作にて行う必要があるため、このような無人運転の小水力発電においては停電が発生するたびに作業者が現地に出向かなくてはならないといった問題が発生し、小水力発電所を管理する者にとって大変負担のかかる作業であった。
また、パワーコンディショナの系統連系出力からの電力供給から自立運転出力からの電力供給に切替える場合や、自立運転出力からの電力供給から系統連系出力からの電力供給に切替える場合、一旦パワーコンディショナの運転を停止し運転モードを切替えた後に再度パワーコンディショナを起動するため、パワーコンディショナの起動に時間がかかってしまい即座に運転モードを切替えることができないといった問題が発生していた。
【０００９】
このように、発電設備を使用する者や発電設備の管理者が商用電源の状態（停電状態、送電状態）や停電時および復電時の切替操作に配慮する必要がない電力供給システムおよび電力供給方法が求められている。
【００１０】
そこで本発明の目的は、停電時に系統連系出力からの電力供給と自立運転出力からの電力供給の切替えを自動かつ瞬時に行うことが可能で、さらに復電時に自立運転出力からの電力供給から系統連系出力からの電力供に切替えた場合であっても確実に逆潮流を防ぐことが可能な電力供給システムおよび電力供給方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電力供給システムは、再生可能エネルギーを利用して発電して電力を供給する再生可能エネルギー発電部と、前記再生可能エネルギー発電部からの電力を負荷群に供給するためのパワーコンディショナと、制御部を備えた電力供給システムであって、
前記パワーコンディショナは系統連系出力と、自立運転出力を切替可能に備えるか、または、系統連系出力に接続する系統連系用パワーコンディショナと、自立運転出力と接続し、商用電源の送電停電に関わらず起動状態の自立運転用パワーコンディショナを個別に備え、
前記制御部は、商用電源送電時には商用電源および前記系統連系出力からの電力を前記負荷群に供給し、商用電源停電時には前記自立運転出力からの電力を前記負荷群に供給する制御を行うことを特徴とする。
また本発明の電力供給システムは、水車と発電機を備えた水力発電部と、前記水力発電部からの電力を負荷群に供給するためのパワーコンディショナを備えた電力供給システムであって、
前記パワーコンディショナは、系統連系出力と自立運転出力を切替可能に備えるか、または系統連系出力と接続する系統連系用パワーコンディショナと、自立運転出力と接続し、商用電源の送電停電に関わらず起動状態の自立運転用パワーコンディショナを個別に備え、
商用電源送電時は商用電源および系統連系出力からの電力が前記負荷群に供給され、商用電源停電時は前記自立運転出力からの電力が前記負荷群に供給されることを特徴とする。
ここで、「負荷群」とは、電源切替部を介して再生可能エネルギーおよび商用電源からの電力が供給される負荷の集合であって、本実施形態においては優先負荷を備えた優先負荷回路、調整用負荷を備えた電力需給調整用負荷回路をさす。
本発明の電力供給システムおよび電力供給方法においては、系統連系出力と、自立運転出力を切替可能に備えるパワーコンディショナを使用するか、系統連系出力と接続し、商用電源が電力を送電した状態で運転を行う系統連系用パワーコンディショナと、自立運転出力と接続し、商用電源が停電した状態で運転を行う自立運動用ワーコンディショナを使用し、停電時および復電時に出力を切替えているため、停電時および復電時の手動の切替操作が不要で系統連系出力からの電力供給と自立運転出力からの電力供給の切替えを自動で行うことが可能である。
また本発明によれば、系統連系用パワーコンディショナと自立運転用パワーコンディショナを併用する場合、商用電源送電時に、負荷に対して送電する系統連系用パワーコンディショナを起動状態とするだけでなく負荷に送電しない自立運転用パワーコンディショナも起動状態とすることで、商用電源が送電状態から停電状態へ変化した場合であっても自立運転用パワーコンディショナの起動時間が不要となり、瞬時に負荷群に電力を送電することが可能となる。
また、商用電源が停電状態から送電状態へ変化した場合は、系統連系用パワーコンディショナが起動状態でなくとも商用電源からの電力により瞬時に負荷群に電力を送電することが可能となる。
このように商用電源が停電状態から送電状態または送電状態から停電状態に変化した場合であっても、自動で系統連系出力からの電力供給と、自立運転出力からの電力供給の切替えを行うことが可能で、さらに停電発生時や復電時においても瞬時に負荷に電力を供給することができるため、無人運転の発電所においては停電が発生した際に現地に作業者が出向く必要がなく、かつ発電設備を使用する使用者にとって電気設備を違和感なく継続して使用することが可能となる。
【００１２】
本発明の電力供給システムは、前記電力供給システムは、商用電源と前記系統連系出力からの電力が並列に接続された第１の入力側端子と、前記自立運転出力からの電力が接続された第２の入力側端子と、前記負荷群が接続された出力側端子を有する電源切替部を備え、商用電源停電時および復電時に前記出力側端子に接続する入力側端子を切替えることを特徴とする。
本発明によれば、制御部が商用電源の停電発生時や復電時に電源切替部であるスイッチを切替えるだけで、簡単かつ瞬時に負荷に電力を供給する供給源を切替えることが可能である。
【００１３】
本発明の電力供給システムは、前記負荷群が複数の調整用負荷を有し、商用電源送電時、商用電源からの受電電力値が目標の範囲内に収まるように、接続される前記調整用負荷の数を増減させて商用電源から送電される電力を一定にする受電電力一定制御を行うことを特徴とする。
本発明によれば、調整用負荷によって再生可能エネルギーの発電量の変動や負荷の変動により発生する余剰電力を消費して系統側への逆潮流を防止することで、再生可能エネルギーによる発電量が天候等により急激に増減した場合でも余剰電力が系統側（商用電源側）に逆潮流してしまうといった問題を回避することが可能となる。
また本発明によれば、調整用負荷のオン／オフをするといった簡単な制御によって逆潮流を防止することが可能であり、シンプルな制御および回路構成の電力供給システムを提供することが可能である。
【００１４】
本発明の電力供給システムは、前記調整用負荷がヒーターであることを特徴とする。
本発明によれば、調整用負荷としてヒーターを使用しているため、回路構成がシンプルでシステム全体のコストを削減することが可能となる。
また、調整用負荷として応答速度が速いヒーターを使用することで、調整用負荷（ヒーター）をオン／オフした際に即座に電力供給システム全体の負荷の消費電力を変更することが可能となる。
【００１５】
本発明の電力供給システムは、前記電源切替部を介さずに商用電源と前記系統連系出力に接続された複数の非優先負荷と、前記負荷群として複数の優先負荷を備え、商用電源送電時は前記非優先負荷および前記優先負荷両方に前記電力が供給され、商用電源停電時は前記優先負荷のみに前記電力が供給されることを特徴とする。
本発明によれば、接続される負荷の優先順位を予め決定しておくことで、商用電源が停電した際の、自立運転出力からの電力供給であっても、重要度の高い負荷に対して電力供給を行うことが可能となる。
【００１６】
本発明の電力供給システムは、前記再生可能エネルギー発電部が水力発電であることを特徴とする。
本発明によれば、商用電源の停電発生時および復電時であっても現地に作業者が出向く必要がなく自動で切替運転することが可能であるため、小水力発電等の無人で運用されている発電装置であっても好適に適用することが可能である。
【００１７】
本発明の電力供給システムは、商用電源停電時、前記水車の回転数を発電電力が最大となるピーク回転数になるように、接続される前記調整用負荷の数を増減させて水車の回転数を一定にする回転数一定制御を行うことを特徴とする。
本発明によれば、調整負荷を増減することで発電出力が最大となる回転数一定制御を行っているため、商用電源が停電している自立運転時であっても常に高い発電出力を維持することが可能となる。
また本発明によれば、調整用負荷のオン／オフをするといった簡単な制御によって高い発電出力を得ることが可能であり、シンプルな制御および回路構成の電力供給システムを提供することが可能である。
【００１８】
本発明の電力供給システムは、過回転防止用負荷を有し、前記パワーコンディショナへの入力電圧または前記水車の回転数が規定範囲外になる場合に過回転防止用負荷を接続させることを特徴とする。
本発明によれば、電力供給システムが過回転防止用負荷を有しているため、パワーコンディショナが停止する事態が発生した場合であってもパワーコンディショナの入力電圧の規定上限値を超えてパワーコンディショナが故障してしまうという問題を回避することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、系統連系出力からの電力供給と自立運転出力からの電力供給を切替可能に備えたパワーコンディショナか、または、系統連系出力に接続する系統連系用パワーコンディショナと、自立運転出力に接続する自立運転用パワーコンディショナとを併用し、かつ停電時および復電時に電源切替部によって自動で切替えて接続しているため、停電時および復電時の手動の切替操作が不要となり、発電設備を管理する管理者の作業負担を最小限にすることが可能である。
また本発明によれば、系統連系用パワーコンディショナと自立運転用パワーコンディショナを併用している場合、自立運転用パワーコンディショナが商用電源送電時も起動しているため、パワーコンディショナを切替えた際のパワーコンディショナの起動時間が不要となり、停電時および復電時であっても瞬時に負荷に電力を送電することが可能となる。
さらに本発明によれば、電力供給システム内の調整用負荷をオン／オフするといった簡単な制御をするだけで、余剰電力の逆潮流を防止することが可能で、さらに自立運転出力からの電力供給時のエネルギー効率を最大限に高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態の電力供給システム１００の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の電力供給システム２００の構成を示すブロック図である。
【図３】上記実施形態の電力供給システム１００、２００の非優先負荷回路７を示すブロック図である。
【図４】上記実施形態の電力供給システム１００、２００の優先負荷回路８を示すブロック図である。
【図５】上記実施形態の電力供給システム１００、２００の電力需給調整用負荷回路９を示すブロック図である。
【図６】上記実施形態の電力供給システム１００、２００の全体の制御の流れを示すフローチャートである。
【図７ａ】上記実施形態の電力供給システム１００の商用電源停電時の電力の流れを示す模式図である。
【図７ｂ】上記実施形態の電力供給システム２００の商用電源停電時の電力の流れを示す模式図である。
【図８ａ】上記実施形態の電力供給システム１００の商用電源送電時の電力の流れを示す模式図である。
【図８ｂ】上記実施形態の電力供給システム２００の商用電源送電時の電力の流れを示す模式図である
【図９】上記実施形態の電力供給システム１００、２００の受電電力一定制御方式を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施形態の電力供給システム３００の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態の電力供給システム４００の構成を示すブロック図である。
【図１２】上記実施形態の電力供給システム３００、４００の全体の制御の流れを示すフローチャートである。
【図１３】上記実施形態の電力供給システム３００の回転数一定制御方式を示すフローチャートである。
【図１４】上記実施形態の電力供給システム３００の過回転防止制御方式を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第５の実施形態の電力供給システム５００の構成を示すブロック図である。
【図１６】上記実施形態の電力供給システム５００の液体温度一定制御処理方式を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第６の実施形態の電力供給システム６００の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態の電力供給システム７００の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の電源切替部において優先負荷及び調整用負荷の数に応じた複数の開閉器を使用した電力供給システムの構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の電源切替部において優先負荷及び調整用負荷の数に応じた複数の切替器を使用した電力供給システムの構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明の電源切替部において優先負荷及び調整用負荷の数に応じた複数の開閉器と切替器を組み合わせて使用した電力供給システムの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】
【００２１】
本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
（系統連系用パワーコンディショナと自立運転用パワーコンディショナの併用）
図１は本発明の第１の実施形態の、系統連系出力に接続する系統連系用パワーコンディショナと、自立運転出力と接続し、商用電源の送電停電に関わらず起動状態の自立運転用パワーコンディショナを個別に備えた電力供給システム１００の構成を示すブロック図である。
本発明の電力供給システム１００は、商用電源８００からの電力及び再生可能エネルギーを利用して発電された電力等を負荷へと適宜供給するシステムであり、系統連系用パワーコンディショナ１と、自立運転用パワーコンディショナ２と、再生可能エネルギー発電部３と、整流回路４と、電源切替部５と、非優先負荷回路７と、優先負荷回路８と、電力需給調整用負荷回路９と、制御部１０と、電力計８１０と、スイッチＳＷ２から構成される。
本発明の電力供給システム１００は、商用電源８００が電力を送電した状態で運転を行う系統連系運転（以下、「系統連系運転」という。）と商用電源８００が停電した状態で運転を行う自立運転（以下、「自立運転」という。）で異なるパワーコンディショナを使用するものであり、そのため系統連系運転と自立運転の切替えを自動で行うことが可能でかつ停電発生時や復電時においても瞬時に負荷に電力を供給することができる。
【００２３】
再生可能エネルギー発電部３は、太陽光、風力、水力、地熱等の自然の力で補充される半永久的に利用可能なエネルギーを使用して発電する装置であって、実施例としては太陽光発電装置の太陽電池パネルや小水力発電装置の発電機等が挙げられる。再生可能エネルギー発電部３の下流側は分岐して整流回路４に接続される。
【００２４】
整流回路４は、再生可能エネルギー発電部３で発電した交流電力である電力を整流し、直流電力として、系統連系用パワーコンディショナ１および自立運転用パワーコンディショナ２に送電するものである。整流回路４の上流側は再生可能エネルギー発電部３に接続され、下流側は分岐点Ｘ２を介して系統連系用パワーコンディショナ１と自立運転用パワーコンディショナ２に接続される。整流回路４と電源切替部５の間に系統連系用パワーコンディショナ１と自立運転用パワーコンディショナ２は並列に接続される。
【００２５】
系統連系用パワーコンディショナ１は、商用電源８００が電力を送電している系統連系運転時に使用される装置であり、再生可能エネルギー発電部３からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、停電などの系統側の異常時に安全に停止させる系統連系保護装置と、故障時に再生可能エネルギー発電部３からの電力が商用電源８００側へ流出しないようにするための絶縁変圧器等から構成され、既知のものが使用される。系統連系用パワーコンディショナ１の上流側は整流回路４を介して再生可能エネルギー発電部３に接続され、下流側はスイッチＳＷ２を介して分岐点Ｘ３に接続される。
【００２６】
分岐点Ｘ３の上流側には商用電源８００と系統連系用パワーコンディショナ１が並列に接続され、分岐点Ｘ３の下流側には非優先回路７と電源切替部５が分岐点Ｘ３から分岐して接続されている。
【００２７】
自立運転用パワーコンディショナ２は、商用電源８００が停電している自立運転時に使用される装置であり、系統連系用パワーコンディショナ１と同様、既知のものが使用される。自立運転用パワーコンディショナ２の上流側は整流回路４を介して再生可能エネルギー発電部３に接続され、下流側は電源切替部５に接続される。自立運転用パワーコンディショナ２は系統連系運転時であっても起動状態となっている。
【００２８】
スイッチＳＷ２は、系統連系用パワーコンディショナ１と分岐点Ｘ３の間に配置されるスイッチであり、電磁接触器（ＭＣ）やソリッドステートコンタクタ（ＳＳＣ）が使用されている。スイッチＳＷ２は、系統連系用パワーコンディショナ１から商用電源８００へ逆潮流を防止するためのスイッチであり、通常スイッチＳＷ２はオンされているが、発電量が急激に増加した場合や負荷が急激に減少する等、不測の事態が発生して逆潮流が起こった場合に、スイッチＳＷ２をオフする。
制御部１０は電力計８１０の値を計測し、逆潮流が発生したことを検知した場合にはスイッチＳＷ２をオフして即座に系統連系用パワーコンディショナ１からの電力を遮断する。
【００２９】
電源切替部５は、商用電源８００および系統連系用パワーコンディショナ１に接続する経路と自立運転用パワーコンディショナ２に接続する経路を切替えて負荷に接続する。電源切替部５の切替器には双投形電磁接触器（ＭＣＤＴ）が使用されている。
系統連系運転時は商用電源８００および系統連系用パワーコンディショナ１の下流側の端子Ｙ１（第１の入力側端子）と接続することで、商用電源８００および系統連系用パワーコンディショナ１の電力を優先負荷回路８および電力需給調整用負荷回路９に供給し、自立運転時は自立運転用パワーコンディショナ２の下流側の端子Ｙ２（第２の入力側端子）と接続することで、自立運転用パワーコンディショナ２の電力を優先負荷回路８および電力需給調整用負荷回路９に供給する。
商用電源８００が停電した場合、電源切替部５において端子Ｙ１から端子Ｙ２に切替えることにより自動で商用電源８００および系統連系用パワーコンディショナ１を瞬時に回路から切り離し、自立運転用パワーコンディショナ２からの電力により負荷を駆動する。また商用電源８００が復電した場合は、電源切替部５において端子Ｙ２から端子Ｙ１に切替えることにより自動で自立運転用パワーコンディショナ２を回路から瞬時に切り離し、商用電源８００および系統連系用パワーコンディショナ１からの電力により負荷を駆動する。
【００３０】
電力計８１０は、商用電源８００から受電する電力値（受電電力値）を計測する装置であり、後述する受電電力一定制御を行う際に用いられる。
【００３１】
本発明の電力供給システム１００は、複数の負荷を有しており、非優先負荷回路７と、優先負荷回路８と、電力需給調整用負荷回路９を備えている。
【００３２】
（第２の実施の形態）
（系統連系出力と、自立運転出力を切替可能に備えるパワーコンディショナ）
図２は、本発明の第２の実施形態のうち、系統連系出力と自立運転出力を切替可能に備えるパワーコンディショナを使用した電力供給システム２００の構成を示すブロック図である。
本発明の電力供給システム２００は、商用電源８００からの電力及び再生可能エネルギーを利用して発電された電力等を負荷へと適宜供給するシステムであり、系統連系出力と自立運転出力を切替可能に備えたパワーコンディショナ１２と、再生可能エネルギー発電部３と、整流回路４と、電源切替部５と、非優先負荷回路７と、優先負荷回路８と、電力需給調整用回路９と、制御部１０と、電力計８１０と、スイッチＳＷ２から構成される。
本発明の電力供給システム２００は、商用電源８００が電力を送電している状態では、パワーコンディショナ１２の系統連系出力（Ｓ）から電力を負荷群に供給し、商用電源８００が停電した状態では、パワーコンディショナ１２の自立運転出力（Ｄ）からの電力を負荷群に供給するものであり、その切替えを自動で行うことが可能で、かつ停電発生時や復電時においても負荷群に電力を供給することができる。
【００３３】
再生可能エネルギー発電部３については、第１の実施の形態と同様である。
【００３４】
整流回路４は、再生可能エネルギー発電部３で発電された交流電力を整流し、直流電力として、パワーコンディショナ１２に送電するものでる。整流回路４の上流側は再生可能エネルギー発電部３に接続され、下流側はパワーコンディショナ１２に接続される。
【００３５】
パワーコンディショナ１２は、整流回路４からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、停電などの系統連系側の異常時に安全に停止させる保護装置と、故障時に再生可能エネルギー発電部３からの電力が商用電源８００側へ流出しないようにするための絶縁変圧器等から構成されている。
また、系統連系出力と自立運転出力を自動および手動で切替可能に備えており、商用電源８００が送電時は系統連系出力から、商用電源８００が停電時は、自立運転出力から下流側へ供給する。パワーコンディショナ１２の上流側は整流回路４を介して再生可能エネルギー発電部３に接続され、下流側は電源切替部５に接続される。
【００３６】
スイッチＳＷ２は、系統連系出力Ｓと分岐点Ｘ３の間に配置され、系統連系出力Ｓから商用電源８００への逆潮流を防止するためのスイッチである。
通常、スイッチＳＷ２はオンされているが、発電量の急激な増加や、負荷の急激な減少等、不測の事態が発生して逆潮流が起こった場合に、スイッチＳＷ２をオフする。
制御部１０は電力計８１０の値を計測し、逆潮流が発生したことを検知すると、スイッチＳＷ２をオフして系統連系出力からの電力を遮断する。
【００３７】
電源切替部５は、商用電源８００および系統連系出力に接続する経路と、自立運転出力と接続する経路を切替えて負荷に接続するスイッチである。
商用電源８００が送電時は、商用電源８００および系統連系側出力の下流側の端子Ｙ１（第１の入力側端子）と接続することで、商用電源８００および系統連系出力からの電力を優先負荷回路８および電力需給調整用負荷９に供給し、商用電源８００が停電した場合、電源切替部５において、端子Ｙ１から自立運転側出力の下流側の端子Ｙ２（第２の入力側端子）に切替え、優先負荷回路８および電力需給調整用負荷回路９に供給する。
【００３８】
電力計８１０については、第１の実施の形態と同様である。
【００３９】
図３は、上記実施形態の電力供給システム１００、２００の非優先負荷回路７を示すブロック図である。
非優先負荷回路７は、家庭用の電気機器や商業施設の照明等、交流電力で駆動する交流駆動型の電気機器（負荷）を複数接続した回路であり、Ｎ個の負荷（非優先負荷１、非優先負荷２、・・・、非優先負荷ｎ、・・・、非優先負荷Ｎ  ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を含む。
ここで非優先負荷ｎとは、商用電源８００が送電している時のみ電力が供給される負荷であり、商用電源８００が停電している場合は原則非優先負荷ｎに電力が供給されない。
非優先負荷回路７の上流側は分岐点Ｘ３を介して商用電源８００およびパワーコンディショナの系統連系出力Ｓに接続されている。
【００４０】
図４は、上記実施形態の電力供給システム１００、２００の優先負荷回路８を示すブロック図である。
優先負荷回路８は、交流電力で駆動する交流駆動型の電気機器（負荷）を複数接続した回路であり、Ｍ個の優先負荷（第１優先負荷、第２優先負荷、・・・、第ｍ優先負荷、・・・、第Ｍ優先負荷  ｍ＝１，２，・・・，Ｍ  Ｍは優先負荷の総数）と、優先負荷の上流側にそれぞれ配置されたスイッチＳＷＭ１，ＳＷＭ２，・・・，ＳＷＭｍ，・・・，ＳＷＭＭ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ  Ｍは優先負荷の総数）を含む。
ここで第ｍ優先負荷とは、商用電源８００が送電している場合はもとより商用電源８００が停電している場合でも電力が供給される負荷であり、商用電源８００が停電し自立運転に切替わった場合には全ての優先負荷のうちｍ番目に優先して電力が供給される負荷である。
自立運転時は商用電源８００からの電力の供給がないため、再生可能エネルギー発電部３からの電力のみを優先負荷に供給する。再生可能エネルギー発電部３の発電量は天候等により変動するため、発電量が少ない場合は接続された優先負荷全てに電力を供給することができない。よって、自立運転時においては電力を供給する順番を予め決めておき、再生可能エネルギー発電部３の発電量が小さい場合は優先順位の低い負荷（第Ｍ優先負荷等）からスイッチＳＷＭｍをオフして電力の供給を遮断する。再生可能エネルギー発電部３の発電量が大きくなった場合は、優先順位の高い負荷（第１優先負荷等）から順にスイッチＳＷＭｍをオンして電力を供給する。
優先負荷回路８の上流側は分岐点Ｘ４を介して電源切替部５の出力側端子Ｙ３に接続され、分岐点Ｘ４の下流側ではスイッチＳＷＭｍおよび第ｍ優先負荷（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）が並列に接続されている。優先負荷の数Ｍは使用者の要望により適宜変更可能である。
【００４１】
スイッチＳＷＭｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）は、電源切替部５と第ｍ優先負荷の間に優先負荷ごとに配置されるスイッチであり、電磁接触器（ＭＣ）やソリッドステートコンタクタ（ＳＳＣ）が使用されている。系統連系運転時はスイッチＳＷＭｍが全てオンされ、自立運転時は再生可能エネルギー発電部３の発電量により優先順位の高い優先負荷のスイッチがオンされる。このように系統連系運転時はスイッチＳＷＭｍが全てオンされることにより、商用電源８００および再生可能エネルギー発電部３からの電力をパワーコンディショナの系統連系出力Ｓから全ての優先負荷に供給する。一方、自立運転時はスイッチＳＷＭｍのオン／オフを制御することにより負荷に優先順位をつけて電力を供給する。
【００４２】
図５は、上記実施形態の電力供給システム１００、２００の電力需給調整用負荷回路９を示すブロック図である。
一般的に、系統連系システムにおいて発電設備と商用系統との連系運転を実施する際に、電力会社との協議によって発電設備により発電した電力を商用系統へ逆潮流させることができない場合がある。しかしながら、再生可能エネルギーによる発電量が天候等により急激に増減した場合や使用者によって接続された負荷の消費電力が少ない場合、再生可能エネルギーからの電力を接続された負荷で消費しきれず、余剰電力が系統側（商用電源８００側）に逆潮流してしまうといった問題が発生する。よって、本発明においては、商用電源８００からの受電電力値Ｗを計測し、その値が目標値Ｐを基準として一定の範囲内に収まるように回路に接続される調整用負荷の数を増減することで電力会社から送電される電力を一定にする受電電力一定制御を行い、調整用負荷によって余剰電力を消費して系統側への逆潮流を防止するものである。
【００４３】
電力需給調整用負荷回路９は、調整用負荷を複数接続した回路であり、Ｈ個の調整用負荷（調整用負荷１，調整用負荷２，・・・，調整用負荷ｈ，・・・，調整用負荷Ｈ  ｈ＝１，２，・・・，Ｈ  Ｈは調整用負荷の総数）と、調整用負荷の上流側にそれぞれ配置されたスイッチＳＷＨ１，ＳＷＨ２，・・・，ＳＷＨｈ，・・・，ＳＷＨＨ（ｈ＝１，２，・・・，Ｈ  Ｈは調整用負荷の総数）を含む。
電力需給調整用負荷回路９の上流側は分岐点Ｘ４を介して電源切替部５の出力側端子Ｙ３に接続され、分岐点Ｘ４の下流側ではスイッチＳＷＨｈおよび調整用負荷ｈ（ｈ＝１，２，・・・，Ｈ）が並列に接続されている。
ここで調整用負荷ｈとは、発生する余剰電力を消費するための負荷であり、ヒーター等の電気機器が挙げられる。調整用負荷ｈとしてヒーターを使用した場合、他の電気機器と比較して応答速度が速いためヒーターをオン／オフした際に即座に電力供給システム１００全体の負荷の消費電力を変更することが可能となる。
調整用負荷ｈとして小さな消費電力（ワット数）のものを多く設置することが望ましく、受電電力を一定とする際に細かな制御が可能となる。また調整用負荷ｈとして同じ消費電力のものを複数配置してもよいし、異なる消費電力のものを組み合わせて配置してもよい。調整用負荷の数Ｈは適宜変更可能である。
【００４４】
スイッチＳＷＨｈ（ｈ＝１，２，・・・，Ｈ）は、電源切替部５と調整用負荷ｈとの間に調整用負荷ｈごとに配置されるスイッチであり、電磁接触器（ＭＣ）やソリッドステートコンタクタ（ＳＳＣ）が使用されている。
系統連系運転時は、調整用負荷ｈの上流側に接続されているスイッチＳＷＨｈをオン／オフすることで、回路に接続される調整用負荷ｈの数を増減して電力供給システム１００全体の消費電力を調整し、商用電源８００からの受電電力値が目標値Ｐを基準として一定の範囲内に収まるように受電電力一定制御を行う。
【００４５】
制御部１０は、電力供給システム全体の制御を行う装置であり、ＣＰＵ等の演算処理装置、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置並びにＩ／Ｏ等の入出力装置等を含む。
制御部１０は、スイッチの切替えや電源切替部５の切替制御、受電電力一定制御、回転数一定制御、過回転防止制御を行う。
【００４６】
(電力供給システム１００、２００の制御フロー)
本実施形態の電力供給システム１００、２００の具体的な制御方法について、以下、図示の制御フローチャートを用いながら、順次詳細に説明する。
【００４７】
図６は、上記実施形態の電力供給システム１００、２００の全体の制御の流れを示すフローチャートであり、図７ａは、上記実施形態の電力供給システム１００の、７ｂは上記実施形態の電力供給システム２００の商用電源停電時の電力の流れを示す模式図である。図８ａは、上記実施形態の電力供給システム１００の、図８ｂは上記実施形態の電力供給システム２００の商用電源送電時の電力の流れを示す模式図である。
制御部１０は、商用電源８００の通電状態を確認する（Ｓ１０１）。
商用電源８００が電力を送電している場合、制御部１０は電源切替部５のスイッチＳＷ３を端子Ｙ１に接続することで（Ｓ１０２）、商用電源８００およびパワーコンディショナの系統連系出力Ｓからの電力と、優先負荷回路８および電力需給調整用負荷回路９を接続する。系統連系運転時は商用電源８００およびパワーコンディショナの系統連系出力からの電力が分岐点Ｘ３を介して非優先負荷７に供給され、電源切替部５を介して優先負荷回路８および電力需給調整用負荷回路９に供給される（系統連系運転  Ｓ１０３）。
また制御部１０は、優先負荷の上流側にそれぞれ配置されたスイッチＳＷＭ１，ＳＷＭ２，・・・，ＳＷＭｍ，・・・，ＳＷＭＭを全てオンすることで、優先負荷を商用電源８００および系統連系出力からの電力と接続する（Ｓ１０４）。商用電源８００およびパワーコンディショナの系統連系出力からの電力は全ての優先負荷（（第１優先負荷、第２優先負荷、・・・、第ｍ優先負荷、・・・、第Ｍ優先負荷）に供給され、全ての優先負荷が駆動する。
そして制御部１０は、商用電源８００からの受電電力値Ｗを電力計８１０により計測し、その値が目標値Ｐを基準として一定の範囲内に収まるように回路に接続される調整用負荷ｈの数を増減することで受電電力一定制御を行う（Ｓ１０５）。受電電力一定制御方法に関しては後述する。
制御部１０は、商用電源８００の通電状態を確認した際に商用電源８００が停電している場合、電源切替部５のスイッチＳＷ３を端子Ｙ２に接続する（Ｓ２０２）。電源切替部５において端子Ｙ１から端子Ｙ２に切替えることにより自動で商用電源８００およびパワーコンディショナの系統連系出力Ｓを回路から切り離し、パワーコンディショナの自立運転出力Ｄからの電力と優先負荷回路８および電力需給調整用負荷回路９を接続する（自立運転  Ｓ２０３）。自立運転時はパワーコンディショナの自立運転出力Ｄからの電力が優先負荷回路８および電力需給調整用負荷回路９に供給される。
さらに制御部１０は再生可能エネルギー発電部３の発電量を計測し、再生可能エネルギー発電部３の発電量と負荷による消費電力が同じになるように制御を行う。具体的には再生可能エネルギー発電部３の発電量が小さい場合は優先順位の低い負荷からスイッチＳＷＭｍをオフして優先負荷による消費電力を少なくし、再生可能エネルギー発電部３の発電量が大きくなった場合は、優先順位の高い負荷（第１優先負荷等）から順にスイッチＳＷＭｍをオンしてなるべく多くの優先負荷に電力を供給する。全ての優先負荷が回路に接続されている状態であっても再生可能エネルギー発電部３の発電量が全負荷消費電力を上回る場合は、調整用負荷を回路に接続／切断することで、再生可能エネルギー発電部３の発電量と負荷による消費電力が同じになるように調整を行う。
【００４８】
上記実施形態の電力供給システム１００の場合、系統連系運転時であっても自立運転用パワーコンディショナ２には再生可能エネルギー発電部３からの電力が送電されており、自立運転用パワーコンディショナ２は起動している状態である（図８ａ）。
具体的には系統連系運転時、負荷に対して送電する系統連系用パワーコンディショナ１を起動運転するだけでなく、負荷に送電しない自立運転用パワーコンディショナ２も起動している。通常、パワーコンディショナの起動には時間がかかり、商用電源８００が停電するたびに自立運転用パワーコンディショナ２を起動していると、商用電源８００が送電状態から停電状態に変化してパワーコンディショナを切替えた場合に自立運転用パワーコンディショナ２が始動できる状態になるまで時間のロスが発生してしまう。
よって、回路から切断されている自立運転用パワーコンディショナ２も起動しておくことで、例えば商用電源８００が送電状態から停電状態に変化した場合、電源切替部５において切替えるだけで、瞬時に負荷に電力を送電することが可能となる。
一方、自立運転時、系統連系パワーコンディショナ１は停止状態となる。しかしながら、商用電源８００が停電状態から送電状態に変化した場合、系統連系用パワーコンディショナ１の起動に時間がかかるものの、系統連系用パワーコンディショナ１が起動するまでの間は商用電源８００から負荷へ電力を供給するため、負荷への電力供給が途切れることなく継続される。
【００４９】
（受電電力一定制御方式）
図９は、上記実施形態の電力供給システム１００、２００の受電電力一定制御方式を示すフローチャートである。
本発明の電力供給システム１００、２００においては、システム内の非優先負荷および優先負荷の増減や再生可能エネルギー発電部３の発電量の変動などに対して逆潮流を防止するために受電電力一定制御が行われている。
この受電電力一定制御は、商用電源８００からの受電電力に対して目標となる目標値Ｐを基準とした目標電力上限値Ｐｕｐおよび目標電力下限値Ｐｌоｗを設定し、商用電源８００の受電電力が目標電力上限値Ｐｕｐ以上となれば回路に接続されている調整用負荷ｈの数を減少させ、商用電源８００の受電電力が目標電力下限値Ｐｌоｗ以下となれば回路に接続されている調整用負荷ｈの数を増加させる。
【００５０】
太陽光、風力、水力、地熱等の再生可能エネルギーは、日照の有無や風力の大きさ、水車の回転数の大小によりその出力が変動する。このような変動は逆潮流を生じさせる要因となる。本発明においては、再生可能エネルギー発電部３の発電量は、負の負荷が回路に接続されているとみなすことができる。
例えば、再生可能エネルギー発電部３の発電量が増加した場合、負の負荷が増加した（回路に接続される負荷が減少した）とみなすことが可能である。再生可能エネルギー発電部３の発電量が増加して商用電源８００からの受電電力が目標電力下限値Ｐｌоｗ以下になる場合は、回路に接続される調整用負荷ｈの数を増やすことで商用電源８００からの受電電力が目標電力下限値Ｐｌоｗと目標電力上限値Ｐｕｐの間になるように調整する。
また再生可能エネルギー発電部３の発電量が減少した場合、負の負荷が減少した（回路に接続される負荷が増加した）とみなすことが可能である。再生可能エネルギー発電部３の発電量が減少して商用電源８００からの受電電力が目標電力上限値Ｐｕｐ以上になる場合は、回路に接続される調整用負荷ｈの数を減らすことで商用電源８００からの受電電力が目標電力下限値Ｐｌоｗと目標電力上限値Ｐｕｐの間になるように調整する。
【００５１】
目標電力上限値Ｐｕｐおよび目標電力下限値Ｐｌоｗはシステム内の非優先負荷および優先負荷の最大負荷容量等を考慮し予め手動にて設定されていてもよいし、接続されている非優先負荷および優先負荷の最大負荷容量等を計測し、自動で設定されていてもよい。
【００５２】
以下、上記実施形態の電力供給システム１００を例に、受電電力一定制御の流れの説明を行う（図９）。
電力供給システム１００に目標電力上限値Ｐｕｐおよび目標電力下限値Ｐｌоｗの設定を行う（Ｓ３０１）。
次に制御部１０は電力計８１０にて商用電源８００の受電電力を計測する（Ｓ３０２）。
商用電源８００の受電電力が目標電力上限値Ｐｕｐ以上か否かを判定する（Ｓ３０３）。
商用電源８００の受電電力が目標電力上限値Ｐｕｐ以上である場合、回路に接続される調整用負荷の数を減少させる（Ｓ３０４）。具体的には、調整用負荷ｈの上流側に接続されているスイッチＳＷＨｈをオフすることで、回路に接続される調整用負荷ｈの数を減少させ、受電電力が目標電力下限値Ｐｌоｗと目標電力上限値Ｐｕｐの間になるように調整する。
商用電源８００の受電電力が目標電力上限値Ｐｕｐ未満である場合、商用電源８００の受電電力が目標電力下限値Ｐｌоｗ以下であるか否かを判定する（Ｓ４０１）。
商用電源８００の受電電力が目標電力下限値Ｐｌоｗ以下である場合、回路に接続される調整用負荷の数を増加させる（Ｓ４０２）。具体的には、調整用負荷ｈの上流側に接続されているスイッチＳＷＨｈをオンすることで、回路に接続される調整用負荷ｈの数を増加させ、受電電力が目標電力下限値Ｐｌоｗと目標電力上限値Ｐｕｐの間になるように調整する。
定期的に商用電源８００の受電電力を計測し、上述の受電電力一定制御フローを実行する。
【００５３】
ここで、受電電力が目標電力下限値Ｐｌоｗと目標電力上限値Ｐｕｐの間になるように調整する方法として、ＰＩＤ制御を行うことも可能である。目標値Ｐと現在の受電電力の差分からＰＩＤ制御を行い、その結果に一番近い負荷電力となる調整用負荷ｈをオンすることで受電電力の調整を行う。
【００５４】
このように、電源切替部５により停電時および復電時における系統連系運転と自立運転の切替えを自動で行うことができるうえ、上記実施形態の電力供給システム１００の場合、自立運転用パワーコンディショナ２が常時起動されていることから切替作業を短時間で行うことができる。
よって、発電設備を使用する使用者にとって商用電源が停電した場合および復電した場合であっても違和感なく電気設備を継続して使用することが可能となり、無人運転の発電所においては停電が発生した際に現地に作業者が出向く必要がなく、作業負担が最小限となる。
さらに、電力需給調整用負荷回路９を回路に接続するという単純な回路構成および調整用負荷のオン／オフを切替えるという簡単な処理だけで逆潮流を防止することが可能となり、シンプルな構成の電力供給システムを提供することができる。
【００５５】
（第３の実施の形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態の電力供給システム３００の構成を示すブロック図である。
本発明の第１の実施形態の電力供給システム１００は、太陽光、風力、水力、地熱等の再生エネルギー全般の発電に関して適用可能なものであったが、第３の実施形態の電力供給システム３００は、水力発電に特化して適用したものであって、その他の構成は第１の実施形態と同様であるため、同一の構成については同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００５６】
本発明の電力供給システム３００は、商用電源８００からの電力及び水力を利用して発電された電力等を負荷へと適宜供給するシステムであり、系統連系用パワーコンディショナ１と、自立運転用パワーコンディショナ２と、水力発電部２０３と、整流回路４と、電源切替部５と、過回転防止用負荷６と、非優先負荷回路７と、優先負荷回路８と、電力需給調整用負荷回路９と、過回転防止用負荷２１０と、制御部１０と、電力計８１０と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２から構成される。
【００５７】
水力発電部２０３は、一般河川、農業用水、砂防ダム、上下水道などから取水し、水車までの高低差を利用して水車を回すことで発電する装置であり、水のエネルギーにより回転する水車２０３１と、水車２０３１の主軸の回転により発電する発電機２０３２と、水車２０３１の回転数を計測する回転数計測部２０３３から構成される。
回転数計測部２０３３は、水車２０３１の外部に設置された回転センサ等である。
【００５８】
過回転防止用負荷２１０は、緊急時に水車２０３１の回転数が異常に大きくなることを防ぐための負荷であり、ヒーター等の電気機器が挙げられる。過回転防止用負荷２１０は、スイッチＳＷ１に接続されており、スイッチＳＷ１および分岐点Ｘ１を介して水力発電部２０３と整流回路４の間に接続されている。
過回転防止用負荷２１０としてヒーターを使用した場合、他の電気機器と比較して応答速度が速いためヒーターをオン／オフした際に即時に水車２０３１の回転数を小さく／大きくすることが可能となる。
【００５９】
スイッチＳＷ１は、過回転防止用負荷２１０と分岐点Ｘ１の間に配置されるスイッチであり、電磁接触器（ＭＣ）やソリッドステートコンタクタ（ＳＳＣ）が使用されている。
【００６０】
（第４の実施の形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態の電力供給システム４００の構成を示すブロック図である。
本発明の第１の実施形態の電力供給システム１００と、第３の実施形態の電力供給システム３００との関係と同様に、本発明の第４の実施形態の電力供給システム４００は、第２の実施形態の電力供給システム２００を水力発電に特化して適用したものであり、その他の構成は、第２の実施形態と同様であるため、同一の構成については、同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００６１】
本発明の電力供給システム４００は、商用電源８００からの電力及び水力を利用して発電された電力等を負荷へと適宜供給するシステムであり、系統連系出力Ｓと自立運転出力Ｄを切替可能に備えたパワーコンディショナ１２と、水力発電部２０３と、整流回路４と、電源切替部５と、過回転防止用負荷６と、非優先負荷回路７と、優先負荷回路８と、電力需給調整用負荷回路９と、過回転防止用負荷２１０と、制御部１０と、電力計８１０と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２から構成される。
【００６２】
(電力供給システム３００、４００の制御フロー)
本実施形態の電力供給システム３００、４００の具体的な制御方法について、以下、図示の制御フローチャートを用いながら、順次詳細に説明する。
【００６３】
図１２は、上記実施形態の電力供給システム３００、４００の全体の制御の流れを示すフローチャートである。
商用電源８００の通電状態の確認（Ｓ１０１）、電源切替部５の切替処理およびパワーコンディショナの出力の切替処理（Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ２０２、Ｓ２０３）、系統連系運転時の優先負荷回路８の接続処理（Ｓ１０４）、受電電力一定制御処理（Ｓ１０５）に関しては第１の実施形態の電力供給システム１００と同様であるため、説明を省略する。
ここでは、水車回転数一定制御（Ｓ６０１）に関して説明を行う。
【００６４】
（水車回転数一定制御処理）
図１３は、上記実施形態の電力供給システム３００、４００の回転数一定制御方式を示すフローチャートであるが、以下、電力供給システム３００を例に順次詳細に説明する。
商用電源８００が停電した場合、電力供給システム３００は系統連系運転から自立運転へと切替わり、水力発電部２０３で発電されたエネルギーが全て負荷消費に使用される。
水力発電部２０３では、発電出力が最も大きくなる回転数（ピーク回転数Ｒｐ）が水車や発電機の種類、水の流量や落差等によって決定される。また、水力発電部２０３に接続される負荷が大きいと水車２０３１の回転が遅くなり、負荷が小さいと水車２０３１の回転が早くなる。
よって本実施形態においては、自立運転時のエネルギー効率を最大限に高めるために、水車２０３１の回転数がピーク回転数Ｒｐに近づくように回路に接続される調整用負荷ｈの数を増減して水車回転数一定制御を行い、自立運転時であっても常に高い発電出力を維持する制御を行う。
【００６５】
例えば、目標となるピーク回転数Ｒｐを基準としてピーク回転数上限値Ｒｐ_ｕｐおよびピーク回転数下限値Ｒｐ_ｌоｗを設定し、水車の回転数Ｒがピーク回転数上限値Ｒｐ_ｕｐ以上となれば回路に接続されている調整用負荷ｈの数を増加させ、水車の回転数Ｒがピーク回転数下限値Ｒｐ_ｌоｗ以下となれば回路に接続されている調整用負荷ｈの数を減少させる処理を行う。
【００６６】
ピーク回転数上限値Ｒｐ_ｕｐおよびピーク回転数下限値Ｒｐ_ｌоｗは水車や発電機の種類、水の流量や落差等を考慮して予め手動にて設定されていてもよいし、接続されている水車や発電機の種類等を自動的に判定して、自動で設定されていてもよい。
【００６７】
以下、水車回転数一定制御処理に関するフローの説明を行う（図１３）。
最初に、電力供給システム３００にピーク回転数上限値Ｒｐ_ｕｐおよびピーク回転数下限値Ｒｐ_ｌоｗの設定を行う（Ｓ７０１）。
次に制御部１０は回転数計測部２０３３にて水車２０３１の回転数Ｒを計測する（Ｓ７０２）。
水車２０３１の回転数Ｒがピーク回転数上限値Ｒｐ_ｕｐ以上か否かを判定する（Ｓ７０３）。
水車２０３１の回転数Ｒがピーク回転数上限値Ｒｐ_ｕｐ以上である場合、回路から切断されている優先負荷があるか否かを判定する（Ｓ７０４）。
回路から切断されている優先負荷がある場合は、切断されている優先負荷のうち優先順位の高い順に優先負荷を回路に接続（Ｓ７０５−１）し、水車２０３１の回転数Ｒがピーク回転数上限値Ｒｐ_ｕｐとピーク回転数下限値Ｒｐ_ｌоｗの間になるように調整する。
優先負荷が全て回路に接続されている場合は、回路に接続される調整用負荷の数を増加させる（Ｓ７０５−２）。具体的には、調整用負荷ｈの上流側に接続されているスイッチＳＷＨｈをオンすることで、回路に接続される調整用負荷ｈの数を増加させ、水車２０３１の回転数Ｒがピーク回転数上限値Ｒｐ_ｕｐとピーク回転数下限値Ｒｐ_ｌоｗの間になるように調整する。
水車２０３１の回転数Ｒがピーク回転数上限値Ｒｐ_ｕｐ未満である場合、水車２０３１の回転数Ｒがピーク回転数下限値Ｒｐ_ｌоｗ以下であるか否かを判定する（Ｓ８０１）。
水車２０３１の回転数Ｒがピーク回転数下限値Ｒｐ_ｌоｗ以下である場合、回路に接続されている調整用負荷があるか否かを判定する（Ｓ８０２）。
回路に接続されている調整用負荷がある場合、回路に接続される調整用負荷ｈの数を減少させる（Ｓ８０３−１）。具体的には、調整用負荷ｈの上流側に接続されているスイッチＳＷＨｈをオフすることで、回路に接続される調整用負荷ｈの数を減少させ、水車２０３１の回転数Ｒがピーク回転数上限値Ｒｐ_ｕｐとピーク回転数下限値Ｒｐ_ｌоｗの間になるように調整する。
全ての調整用負荷が回路から切断されている場合、回路に接続される優先負荷の数を減少させる（Ｓ８０３−２）。具体的には、接続されている優先負荷のうち優先順位の低い順に優先負荷を回路から切断し、水車２０３１の回転数Ｒがピーク回転数上限値Ｒｐ_ｕｐとピーク回転数下限値Ｒｐ_ｌоｗの間になるように調整する。
定期的に水車２０３１の回転数Ｒを計測し、上述の水車回転数一定制御フローを実行する。
【００６８】
ここで、水車２０３１の回転数Ｒがピーク回転数上限値Ｒｐ_ｕｐとピーク回転数下限値Ｒｐ_ｌоｗの間になるように調整する方法として、ＰＩＤ制御を行うことも可能である。ピーク回転数Ｒｐと現在の水車の回転数Ｒの差分からＰＩＤ制御を行い、その結果に一番近い数の調整用負荷ｈまたは優先負荷をオン／オフすることで水車の回転数Ｒの調整を行うこともできる。
【００６９】
このように商用電源８００が停電した場合でも、調整用負荷を接続するという単純な回路構成および調整用負荷または優先負荷のオン／オフを切替えるという簡単な処理だけで水力発電部２０３のエネルギー効率を最大限に高めることが可能となる。
【００７０】
（過回転防止制御処理）
図１４は、上記実施形態の電力供給システム３００、４００の過回転防止制御処理を示すフローチャートであり、以下上記電力供給システム３００を基に詳細を説明する。
系統連系運転時に系統連系用パワーコンディショナ１が停止する事態や自立運転時に自立運転用パワーコンディショナ２が停止する事態が発生した場合、水車２０３１が無負荷状態となり、自由に回転してしまう。水車２０３１が自由に回転していると回転数が大きくなるため、発電機２０３２からの発電量（発電電圧）が大きくなり、パワーコンディショナの入力電圧の規定上限値を超えてパワーコンディショナが故障してしまう恐れがある。
よって、本発明においては、過回転防止用負荷２１０に接続されているスイッチＳＷ１をオンオフすることにより、水車２０３１の回転数Ｒおよびパワーコンディショナの入力電圧Ｖを規定範囲内にする処理を行う。
【００７１】
例えば、水車の許容回転数上限値Ｒａ_ｕｐ、許容回転数下限値Ｒａ_ｌоｗ、許容入力電圧上限値Ｖｕｐおよび許容入力電圧下限値Ｖｌоｗを設定し、水車の回転数Ｒが許容回転数上限値Ｒａ_ｕｐ以上となる場合およびパワーコンディショナの入力電圧Ｖが許容入力電圧上限値Ｖｕｐ以上となる場合は、スイッチＳＷ１をオンして過回転防止用負荷２１０を回路に接続する。また、水車の回転数Ｒが下限値Ｒａ_ｌоｗ以下となる場合およびパワーコンディショナの入力電圧Ｖが許容入力電圧下限値Ｖｌоｗ以下となる場合は、スイッチＳＷ１をオフして過回転防止用負荷２１０を回路から切断する。
許容回転数上限値Ｒａ_ｕｐ、許容回転数下限値Ｒａ_ｌоｗ、許容入力電圧上限値Ｖｕｐおよび許容入力電圧下限値Ｖｌоｗはパワーコンディショナの種類によって予め設定する。
【００７２】
以下、過回転防止制御処理に関するフローの説明を行う（図１４）。
電力供給システム３００に水車の許容回転数上限値Ｒａ_ｕｐ、許容回転数下限値Ｒａ_ｌоｗ、許容入力電圧上限値Ｖｕｐおよび許容入力電圧下限値Ｖｌоｗを設定する。
制御部１０は回転数計測部２０３３にて水車２０３１の回転数Ｒおよびパワーコンディショナの入力電圧Ｖを計測し、水車２０３１の回転数Ｒが許容回転数上限値Ｒａ_ｕｐ以上であるか否か、もしくは入力電圧Ｖが許容入力電圧上限値Ｖｕｐ以上であるか否かを判定する（Ｓ９０１）。
水車２０３１の回転数Ｒが許容回転数上限値Ｒａ_ｕｐ以上である場合、または入力電圧Ｖが許容入力電圧上限値Ｖｕｐ以上である場合、スイッチＳＷ１をオンして過回転防止用負荷２１０を回路に接続する（Ｓ９０３−１）。
次に制御部１０は水車２０３１の回転数Ｒが許容回転数下限値Ｒａ_ｌоｗ以下であるか否か、もしくは入力電圧Ｖが許容入力電圧下限値Ｖｌоｗ以下であるか否かを判定する（Ｓ９０２）。
水車２０３１の回転数Ｒが許容回転数下限値Ｒａ_ｌоｗ以下である場合、または入力電圧Ｖが許容入力電圧下限値Ｖｌоｗ以下である場合、スイッチＳＷ１をオフして過回転防止用負荷２１０を回路から切断する（Ｓ９０３−２）。
【００７３】
このように水力発電に特化して適用した電力供給システム３００においては、調整用負荷をオン／オフするという簡単な構成で水車の回転数の一定制御を行っているため、商用電源が停電中であってもエネルギー効率を最大限に高めることができる。
また、過回転防止用負荷を使用することで、パワーコンディショナが停止する事態が発生し水車が無負荷状態となった場合であっても水車の回転数が規定範囲外になることを防止することが可能となる。
【００７４】
（第５の実施の形態）
図１５は、本発明の第５の実施形態の電力供給システム５００の構成を示すブロック図である。
本発明の第５の実施形態の電力供給システム５００は、調整用負荷としてヒーター３０９１を使用し、貯湯槽３０９２内に蓄えられた液体の中にヒーター３０９１を挿入することで、貯湯槽３０９２内の液体の温度を制御するもので、温められた液体を利用することによりヒーター３０９１で消費されるエネルギーを有効活用するものである。
【００７５】
本発明の電力供給システム５００は、系統連系用パワーコンディショナ１と、自立運転用パワーコンディショナ２と、水力発電部２０３と、整流回路４と、電源切替部５と、過回転防止用負荷６と、非優先負荷回路７と、優先負荷回路８と、電力需給調整用負荷回路９と、貯湯槽３０９１と、液体温度計測部３０９２と、制御部１０と、電力計８１０と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２から構成される。
【００７６】
電力需給調整用負荷回路９は、調整用負荷を複数接続した回路であり、調整用負荷ｈとしてヒーター１，ヒーター２，・・・，ヒーターｈ，・・・，ヒーターＨ（ｈ＝１，２，・・・，Ｈ  Ｈはヒーターの総数）と、ヒーターｈの上流側にそれぞれ配置されたスイッチＳＷＨ１，ＳＷＨ２，・・・，ＳＷＨｈ，・・・，ＳＷＨＨ（ｈ＝１，２，・・・，Ｈ  Ｈは調整用負荷の総数）を含む。
【００７７】
貯湯槽３０９１は、液体を貯蔵するための槽であり、貯湯槽３０９１内に貯められている液体の中にヒーターｈが挿入された状態で設置されている。
貯湯槽３０９１内の液体は、例えば水もしくは油であり、ヒーターｈにより加温され基準温度範囲に収まるように制御部１０で制御される。貯湯槽３０９１内の液体は、例えば連結されたパイプ等からビニールハウスや建物に送られて暖房として利用されることや、ビニールハウスで育てる作物の土壌内に送られて作物の栽培に利用されること、また融雪するための温水として使用することができる。
【００７８】
液体温度計測部３０９２は、貯湯槽３０９１内の液体の温度を計測する装置であり、例えば温度センサが用いられる。液体温度計測部３０９２は、貯湯槽３０９１内の液体に挿入されて液体の温度を計測する。
【００７９】
制御部１０は、全体の制御を行う他、系統連系運転時に回路に接続されるヒーターｈの数を増減して商用電源２００からの受電電力値が目標値ＴＨを基準として一定の範囲内に収まるように受電電力一定制御を行うとともに貯湯槽３０９１内の液体を基準温度範囲内に収まるように液体温度一定制御を行う。
【００８０】
（液体温度一定制御処理）
図１６は、上記実施形態の電力供給システム５００の液体温度一定制御処理方式を示すフローチャートである。
本発明の電力供給システム５００においては、ヒーターｈで消費する電力を有効活用するためにヒーターｈで温められた液体の温度を一定にする制御を行っている。この液体温度一定制御は貯湯槽３０９１内の液体の目標となる目標値Ｔを基準とした目標温度上限値Ｔｕｐおよび目標温度下限値Ｔｌоｗを設定し、液体の温度が目標温度上限値Ｔｕｐ以上となれば回路に接続されているヒーターｈの数を減少させ、液体の温度が目標温度下限値Ｔｌоｗ以下となれば回路に接続されているヒーターｈの数を増加させる。
【００８１】
目標温度上限値Ｔｕｐおよび目標温度下限値Ｔｌоｗは液体を利用する利用方法を考慮し予め手動にて設定されていてもよいし、自動で設定されていてもよい。
【００８２】
以下、液体温度一定制御の流れの説明を行う（図１６）。
電力供給システム３００に目標温度上限値Ｔｕｐおよび目標温度下限値Ｔｌоｗの設定を行う（Ｓ１００１）。
次に制御部１０は液体温度計測部３０９２により貯湯槽３０９１内の液体の温度を計測する（Ｓ１００２）。
液体の温度が目標温度上限値Ｔｕｐ以上か否かを判定する（Ｓ１００３）。
液体の温度が目標温度上限値Ｔｕｐ以上である場合、回路に接続されるヒーターの数を減少させる（Ｓ１００４）。具体的には、ヒーターｈの上流側に接続されているスイッチＳＷＨｈをオフすることで、回路に接続されるヒーターｈの数を減少させ、液体の温度が目標温度下限値Ｔｌоｗと目標温度上限値Ｔｕｐの間になるように調整する。
液体の温度が目標温度上限値Ｔｕｐ未満である場合、液体の温度が目標温度下限値Ｔｌоｗ以下であるか否かを判定する（Ｓ１１０１）。
液体の温度が目標温度下限値Ｔｌоｗ以下である場合、回路に接続されるヒーターの数を増加させる（Ｓ１１０２）。具体的には、ヒーターｈの上流側に接続されているスイッチＳＷＨｈをオンすることで、回路に接続されるヒーターｈの数を増加させ、液体の温度が目標温度下限値Ｔｌоｗと目標温度上限値Ｔｕｐの間になるように調整する。
定期的に液体の温度を計測し、上述の液体温度一定制御フローを実行する。
【００８３】
ここで、液体の温度が目標温度下限値Ｔｌоｗと目標温度上限値Ｔｕｐの間になるように調整する方法として、ＰＩＤ制御を行うことも可能である。
【００８４】
このように本発明の電力供給システム５００は、電力需給調整用負荷回路９を回路に接続するという単純な回路構成およびヒーターのオン／オフを切替えるという簡単な処理だけで受電電力一定制御を行うことが可能であるうえ、さらにヒーターで消費する電力を液体として利用することで、電力需給調整用負荷回路９で消費する電力も有効活用することができる。
尚、この実施の形態の電力供給装置５００の構成は、図２に示した、系統連系出力Ｓと自立運転出力Ｄを切替可能に備えたパワーコンディショナ１２による電力供給装置２００にも利用可能である。
【００８５】
（第６の実施の形態）
図１７は、第６の実施形態の電力供給装置６００の構成を示すブロック図である。
図１７は、第１の実施の形態の電力供給装置１００の電源切替部における、１つの切替器を２つの開閉器ＳＷ３及び、ＳＷ４に変更した実施例である。この２つの開閉器を使用する場合、インターロック回路等、開閉器ＳＷ３及び、ＳＷ４の同時オンを防止する機構と共に使用すれば、商用電源の停電時及び復電時の出力の切替えと逆潮流の防止が可能である。
尚、この実施の形態の電力供給装置６００の構成は、図２に示した、系統連系出力Ｓと自立運転出力Ｄを切替可能に備えたパワーコンディショナ１２による電力供給装置２００にも利用可能である。
【００８６】
（第７の実施の形態）
図１８は、第７の実施形態の電力供給装置７００の構成を示すブロック図である。
図１８は、第１の実施の形態の電力供給装置１００の電源切替部における、１つの切替器を２つの切替器ＳＷ３１及び、ＳＷ３２に変更した実施例であり、実施例１のＳＷ３と同じ動作を、ＳＷ３１およびＳＷ３２で行うことで、商用電源の停電／復電時の出力切替えが可能となる。
尚、この実施の形態の電力供給装置７００の構成は、図２に示した、系統連系出力Ｓと自立運転出力Ｄを切替可能に備えたパワーコンディショナ１２による電力供給装置２００にも利用可能である。
【００８７】
また、本発明は、電源切替部に優先負荷及び調整用負荷の数に応じた複数の開閉器（図１９）や、複数の切替器（図２０）、複数の開閉器と切替器との組み合わせ（図２１）も利用可能で、上述した実施の形態に限定されるものではない。上述の形態では、逆潮流の発生が禁止された場合の説明を行ったが、禁止されていない場合は受電電力一定制御方式による制御にこだわらない。たとえば再生可能エネルギー発電部３からの発電電力が電力供給システムに接続されている全負荷の消費電力よりも多くなる場合には、非優先負荷を優先順位の低い優先負荷として電源切替部５の出力端子Ｙ３に接続してもよい。そうすれば停電時であっても非優先負荷に対して電力を供給することが可能となる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８８】
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００
電力供給システム、
１      系統連系用パワーコンディショナ、
１２    系統連系出力及び自立運転出力を切替可能に備えたパワーコンディショナ、
２      自立運転用パワーコンディショナ、
３      再生可能エネルギー発電部、
４      整流回路、
５      電源切替部、
７      非優先負荷回路、
８      優先負荷回路、
９      電力需給調整用回路、
Ｓ      系統連系出力、
Ｄ      自立運転出力、
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４              分岐点、
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ３１，ＳＷ３２，ＳＷ４  スイッチ（開閉器及び切替器）、
Ｙ１                                第１の入力側端子、
Ｙ２                                第２の入力側端子、
Ｙ３                                出力側端子、
８００                              商用電源、
８１０                              電力計
【図１】
2020096510.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
2020096510.tif 000009
【図７ｂ】
2020096510.tif 000010
【図８ａ】
2020096510.tif 000011
【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020096510.tif 000015
【図１２】
2020096510.tif 000016
【図１３】
2020096510.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
2020096510.tif 000019
【図１６】
2020096510.tif 000020
【図１７】
2020096510.tif 000021
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2020096510.tif 000024
【図２１】
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