(57)【要約】【課題】系統電源の停電時、蓄電手段や発電手段を含む分散電源を有する給電システムにおいて、電力負荷に対する給電の継続性や安定性を高める。【解決手段】系統電源（６）から給電される配電系統（４）に接続され、蓄電手段（蓄電システム１２）および発電手段（ＦＣシステム１４）を含む分散電源（１０）と、前記系統電源の停電または前記分散電源の自立運転の際、前記蓄電手段側を前記発電手段側より低インピーダンスに切り替えることにより前記分散電源から前記配電系統に給電し、または前記発電手段側を前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替えることにより前記分散電源から前記配電系統に給電し、または前記蓄電手段側を前記発電手段側より低インピーダンスに切り替え、かつ前記発電手段側を前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替えることにより前記分散電源から前記配電系統に給電する。【選択図】図３
2014171374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統電源から給電される配電系統に接続され、蓄電手段および発電手段を含む分散電源と、
前記系統電源の停電または前記分散電源の自立運転の際、
前記蓄電手段側を前記発電手段側より低インピーダンスに切り替えることにより前記分散電源から前記配電系統に給電し、
または前記発電手段側を前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替えることにより前記分散電源から前記配電系統に給電し、
または前記蓄電手段側を前記発電手段側より低インピーダンスに切り替え、かつ前記発電手段側を前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替えることにより前記分散電源から前記配電系統に給電することを特徴とする給電システム。
【請求項２】
系統電源の停電または前記分散電源の自立運転を検知する検知手段と、
前記検知手段の前記停電検知または前記自立運転検知により、
前記蓄電手段側のインピーダンスを前記発電手段より低インピーダンスに切り替える低インピーダンス化回路、
または前記発電手段側のインピーダンスを前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替える高インピーダンス化回路、または前記蓄電手段側のインピーダンスを前記発電手段より低インピーダンスに切り替える低インピーダンス化回路および前記発電手段側のインピーダンスを前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替える高インピーダンス化回路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
【請求項３】
前記低インピーダンス化回路は、
前記蓄電手段に直列に接続されるインダクタ、
または前記蓄電手段に並列に接続されるキャパシタ、
または前記蓄電手段に直列に接続されるインダクタおよび前記蓄電手段に並列に接続されるキャパシタ
を含むことを特徴とする請求項２に記載の給電システム。
【請求項４】
前記高インピーダンス化回路は、
前記蓄電手段に直列に接続されるインダクタ、
または前記蓄電手段に並列に接続されるキャパシタ、
または前記蓄電手段に直列に接続されるインダクタおよび前記蓄電手段に並列に接続されるキャパシタ
を含むことを特徴とする請求項２に記載の給電システム。
【請求項５】
系統電源から給電される配電系統に接続され、蓄電手段および発電手段を含む分散電源を備える給電システムに搭載されたコンピュータに実行させるための給電制御プログラムであって、
系統電源の停電または前記分散電源の自立運転の検知情報によりインピーダンス切替え情報を生成し、
前記インピーダンス切替え情報により、
前記蓄電手段側のインピーダンスを前記発電手段より低インピーダンスに切り替え、
または前記発電手段側のインピーダンスを前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替え、
または前記蓄電手段側のインピーダンスを前記発電手段より低インピーダンスに切り替え、かつ前記発電手段側のインピーダンスを前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替える
処理を前記コンピュータに実行させるための給電システムの給電制御プログラム。
【請求項６】
系統電源から給電される配電系統に接続され、蓄電手段および発電手段を含む分散電源を備える給電システムの給電制御方法であって、
系統電源の停電または前記分散電源の自立運転を検知し、
前記停電検知または前記自立運転検知により、
前記蓄電手段側のインピーダンスを前記発電手段より低インピーダンスに切り替え、
または前記発電手段側のインピーダンスを前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替え、
または前記蓄電手段側のインピーダンスを前記発電手段より低インピーダンスに切り替え、かつ前記発電手段側のインピーダンスを前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替える
ことを特徴とする給電システムの給電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はたとえば、燃料電池コジェネレーションシステム（以下単に「ＦＣシステム」と称する。）などの定置用発電機器を含む給電システム、給電制御プログラムおよび給電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＣシステムは、電流センサで計測される電力負荷量に応じて発電し、その電力を電力負荷へ供給する。一般に、ＦＣシステムは電流型インバータを備え、系統電圧を利用して発電を行う。系統電力に停電が発生すると、ＦＣシステムは電圧源を失い、発電を停止する。
【０００３】
そこで、ＦＣシステムに蓄電池システムを組み合わせ、系統電源が停電した際には、蓄電池システムから電力をＦＣシステムに供給すれば、ＦＣシステムが発電を継続することができる。これにより、系統電源の停電時、ＦＣシステムの発電電力を電力負荷に給電することが可能である。
【０００４】
系統電源の停電時、太陽光発電装置と蓄電池の組み合わせにより負荷に電力を供給することが知られている（たとえば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−４４７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、蓄電池システムおよびＦＣシステムを備える給電システムでは、系統連系時、電力負荷の消費電力は系統、蓄電池システムおよびＦＣシステムの各電力で賄われる。この場合、蓄電池システムから電力負荷までの総合インピーダンスをＺ１、ＦＣシステムから電力負荷までの総合インピーダンスをＺ２とすると、Ｚ２はＺ１より小さく、Ｚ１＞Ｚ２が成立している。
【０００７】
系統電源の停電時には、系統電源が解列し、蓄電池システムの給電を得てＦＣシステムを発電させれば、電力負荷にはＦＣシステムの発電電力および蓄電池システムの電力の双方を供給することができる。
【０００８】
斯かる電力が供給される電力負荷には、電気冷蔵庫など、急冷時に瞬間的に大電流を消費する特殊な負荷（特殊電力負荷）が含まれている。このような特殊電力負荷に大電流が流れると、瞬間的にＦＣシステムからの電力品質が低下するという課題がある。つまり、既述のＺ１＞Ｚ２が成立した状態で、特殊電力負荷が瞬間的に大電流を消費すると、インピーダンスの低いＦＣシステム側から大電流が特殊電力負荷に供給される。
【０００９】
ＦＣシステム側から大電流が消費されると、ＦＣシステムの出力電圧が低下し、電力品質が低下し、保護機能が働く。つまり、ＦＣシステムの出力電圧に電圧波形の乱れなどが生じると、ＦＣシステムでは単独運転検知が行われ、一定時間、発電を停止したり、単独運転検知回数や単独運転検知の継続によってはエラー停止を起こす。瞬間的な大電流が消費されなければ、ＦＣシステムの発電電力を電力負荷に供給できるのに対し、瞬間的な大電流の供給のため、系統電源の停電時、ＦＣシステムの発電電力が利用できないという課題がある。
【００１０】
しかし、系統電源と連系するＦＣシステムや蓄電池システムの分散型電源に単独運転検知機能などの保護機能は、系統連系上、必要不可欠である。系統連系規程の充足は必須であり、系統連系状態において、分散型電源の保護機能に対する動作条件の変更や無効化は認められない。
【００１１】
系統電源の停電時、ＦＣシステムの発電電力を併用する場合、ＦＣシステムの発電が停止すれば、ＦＣシステムの発電電力を利用できないうえ、蓄電池に対する負担が増大し、蓄電池の消耗が顕著となるという課題がある。
【００１２】
このような課題は、ＦＣシステムのみならず、蓄電手段に太陽光発電などの発電手段をを含む他の分散型電源においても同様の課題がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、系統電源の停電時、蓄電手段や発電手段を含む分散電源を有する給電システムにおいて、電力負荷に対する給電の継続性や安定性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の給電システムは、系統電源から給電される配電系統に接続され、蓄電手段および発電手段を含む分散電源と、前記系統電源の停電または前記分散電源の自立運転の際、前記蓄電手段側を前記発電手段側より低インピーダンスに切り替えることにより前記分散電源から前記配電系統に給電し、または前記発電手段側を前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替えることにより前記分散電源から前記配電系統に給電し、または前記蓄電手段側を前記発電手段側より低インピーダンスに切り替え、かつ前記発電手段側を前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替えることにより前記分散電源から前記配電系統に給電する。
【００１５】
上記給電システムにおいて、系統電源の停電または前記分散電源の自立運転を検知する検知手段と、前記検知手段の前記停電検知または前記自立運転検知により、前記蓄電手段側のインピーダンスを前記発電手段より低インピーダンスに切り替える低インピーダンス化回路、または前記発電手段側のインピーダンスを前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替える高インピーダンス化回路、または前記蓄電手段側のインピーダンスを前記発電手段より低インピーダンスに切り替える低インピーダンス化回路および前記発電手段側のインピーダンスを前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替える高インピーダンス化回路とを備えてもよい。
【００１６】
上記給電システムにおいて、前記低インピーダンス化回路は、前記蓄電手段に直列に接続されるインダクタ、または前記蓄電手段に並列に接続されるキャパシタ、または前記蓄電手段に直列に接続されるインダクタおよび前記蓄電手段に並列に接続されるキャパシタ
を含んでもよい。
【００１７】
上記給電システムにおいて、前記高インピーダンス化回路は、前記蓄電手段に直列に接続されるインダクタ、または前記蓄電手段に並列に接続されるキャパシタ、
または前記蓄電手段に直列に接続されるインダクタおよび前記蓄電手段に並列に接続されるキャパシタを含んでもよい。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の給電システムの給電制御プログラムは、系統電源から給電される配電系統に接続され、蓄電手段および発電手段を含む分散電源を備える給電システムに搭載されたコンピュータに実行させるための給電制御プログラムであって、系統電源の停電または前記分散電源の自立運転の検知情報によりインピーダンス切替え情報を生成し、前記インピーダンス切替え情報により、前記蓄電手段側のインピーダンスを前記発電手段より低インピーダンスに切り替え、または前記発電手段側のインピーダンスを前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替え、または前記蓄電手段側のインピーダンスを前記発電手段より低インピーダンスに切り替え、かつ前記発電手段側のインピーダンスを前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替える処理を前記コンピュータに実行させる。
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明の給電システムの給電制御方法は、系統電源から給電される配電系統に接続され、蓄電手段および発電手段を含む分散電源を備える給電システムの給電制御方法であって、系統電源の停電または前記分散電源の自立運転を検知し、前記停電検知または前記自立運転検知により、前記蓄電手段側のインピーダンスを前記発電手段より低インピーダンスに切り替え、または前記発電手段側のインピーダンスを前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替え、または前記蓄電手段側のインピーダンスを前記発電手段より低インピーダンスに切り替え、かつ前記発電手段側のインピーダンスを前記蓄電手段より高インピーダンスに切り替える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、次のいずれかの効果が得られる。
【００２１】
(1) 系統電源の連系時、系統電源および分散電源から配電系統に給電を行い、系統電源の停電または前記分散電源の自立運転の際、前記蓄電手段側を前記発電手段側より高インピーダンスに切り替え、または前記発電手段側を前記蓄電手段より低インピーダンスに切り替え、発電手段側の負荷分担を低減できる。
【００２２】
(2) 系統電源の停電または前記分散電源の自立運転の際に分散電源の発電手段側の負荷分担の低減により、単独運転検知を回避でき、系統電源の停電時に継続的な給電を行うことができ、給電の継続性および安定性を維持できる。
【００２３】
そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態に係る給電システムを示す図である。
【図２】給電システムの系統連系（停電から復電）時の動作を示す図である。
【図３】給電システムの停電時の動作を示す図である。
【図４】制御部の機能を示す図である。
【図５】制御部のハードウェアの一例を示す図である。
【図６】第２の実施の形態に係る給電システムを示す図である。
【図７】給電システムの系統連系（停電から復電）時の動作を示す図である。
【図８】系統電源の停電時の動作を示す図である。
【図９】第３の実施の形態に係る給電システムを示す図である。
【図１０】第４の実施の形態に係る蓄電システムのインピーダンス切替え部を示す図である。
【図１１】ＦＣシステムのインピーダンス切替え部を示す図である。
【図１２】第５の実施の形態に係る給電システムを示す図である。
【図１３】給電システムを示す図である。
【図１４】給電システムを示す図である。
【図１５】制御部の機能を示す図である。
【図１６】給電制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】他の実施の形態に係る給電システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
【００２６】
＜システム構成＞
【００２７】
図１は、第１の実施の形態に係る給電システムを示している。図１に示す構成は一例であり、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。
【００２８】
この給電システム２には配電系統４が含まれている。この配電系統４には系統電源６が接続されている。系統電源６はたとえば、電力会社から供給される電源である。
【００２９】
配電系統４には電力負荷８が接続されている。この電力負荷８にはエアコン（エアコンディショナ）、電気便座、電気洗濯機、電気冷蔵庫、電気掃除機、ＩＨクッキングヒータなどのように急激な電流変化を生じるものや、電灯やテレビ受像機などのように電流変化の少ないものなどが含まれる。
【００３０】
配電系統４には分散電源１０が接続されている。この分散電源１０は分散型電源の一例である。この分散電源１０には蓄電システム１２およびＦＣシステム（燃料電池コジェネレーションシステム）１４が含まれる。蓄電システム１２は蓄電手段の一例である。また、ＦＣシステム１４は発電手段の一例である。
【００３１】
蓄電システム１２は、系統連系時、系統電源６から系統電力を受けて蓄電し、系統電源６の停電時や、分散電源１０の自立運転時（以下単に「自立運転時」と称する。）に電力負荷８やＦＣシステム１４に給電する。この蓄電システム１２には電圧センサ１６、開閉器１８、インバータ（ＩＮＶ）２０および蓄電池２２およびインピーダンス切替え部２４が含まれる。
【００３２】
電圧センサ１６は配電系統４の入力端に接続され、この入力端で系統電源６の状態を検出する。この電圧センサ１６は、系統電源６の状態を検知する検知手段の一例であり、系統電源６の給電、停電または停電からの復電などの状態を検出する。
【００３３】
開閉器１８は配電系統４の遮断手段の一例である。この開閉器１８は電圧センサ１６の後段側の配電系統４に設置されている。この開閉器１８は、電圧センサ１６のセンサ出力を受けて開閉する。開閉器１８は、系統連系時（系統電源６の給電時または復電時）に閉じ、停電時に開かれる。
【００３４】
この電圧センサ１６と開閉器１８はたとえば、リレーのソレノイドおよび常閉接点で構成できる。つまり、系統連系時にソレノイドの励磁により常閉接点を閉じて系統電源６を配電系統４に給電させ、系統電源６の停電時、ソレノイドの励磁解除により常閉接点を開き、系統電源６を配電系統４から解列させる。このとき、系統電源６の解列により、配電系統４に対する系統電源６の給電が停止する。この場合、配電系統４に対する給電は分散電源１０による自立運転に移行する。
【００３５】
ＩＮＶ２０は系統連系時、系統電源６からの交流入力を直流に変換して蓄電池２２に給電し、停電時、蓄電池２２からの直流出力を交流に変換する。この実施の形態では、開閉器１８が閉じているとき、系統電源６からの交流入力がインピーダンス切替え部２４を通してＩＮＶ２０に入力される。
【００３６】
蓄電池２２は、系統連系時、ＩＮＶ２０の直流出力を受けて充電されるとともに直流出力を送出し、系統電源６の停電時や、自立運転時に、蓄電電力をＩＮＶ２０に出力する。この蓄電出力はＩＮＶ２０で交流に変換され、インピーダンス切替え部２４を通して配電系統４に送出される。
【００３７】
インピーダンス切替え部２４は、系統連系時、蓄電システム１２側のインピーダンスをＦＣシステム１４に対し高インピーダンス化する手段の一例であり、系統電源６の停電時または分散電源１０の自立運転時、蓄電システム１２側のインピーダンスをＦＣシステム１４に対し低インピーダンス化する手段の一例である。
【００３８】
このインピーダンス切替え部２４には第１のリアクトル２６−１、第２のリアクトル２６−２および開閉器２８が含まれる。各リアクトル２６−１、２６−２はインダクタの一例である。リアクトル２６−１は、系統連系時、蓄電システム１２側のインピーダンスをＦＣシステム１４に対して高インピーダンス化する高インピーダンス化回路の一例である。リアクトル２６−２は、系統電源６の停電時または分散電源１０の自立運転時、蓄電システム１２側のインピーダンスをＦＣシステム１４に対して低インピーダンス化する低インピーダンス化回路の一例である。
【００３９】
開閉器２８は接点ａ、ｂを備え、電圧センサ１６のセンサ出力により切り替えられる。接点ａ側と配電系統４との間にはリアクトル２６−１が接続されている。また、接点ｂ側と配電系統４との間にはリアクトル２６−２が接続されている。開閉器２８は系統連系時、接点ａ側に閉じ、系統電源６の停電時、接点ｂ側に閉じる。したがって、系統連系時にはリアクトル２６−１が接続され、停電時にはリアクトル２６−２が接続される。
【００４０】
ＦＣシステム１４は、系統連系時、系統電源６の給電により発電し、系統電源６の停電時や自立運転時、蓄電システム１２からの給電により発電する。このＦＣシステム１４には、発電スタック３０、インバータ（ＩＮＶ）３２、電流センサ３４、制御部３６および第３のリアクトル３８が含まれる。発電スタック３０は、ＩＮＶ３２を介して配電系統４から電圧入力を受けて発電する。
【００４１】
ＩＮＶ３２は、系統連系時および系統電源６の停電時、直流出力を交流に変換し、停電時、発電スタック３０の直流出力を交流に変換する。
【００４２】
電流センサ３４は、ＦＣシステム１４の交流出力の監視手段の一例である。この電流センサ３４のセンサ出力はＦＣシステム１４から配電系統４に供給される電流出力の状況を表す。
【００４３】
制御部３６は制御手段の一例でありたとえば、マイクロコンピュータで構成される。この制御部３６は、電圧センサ１６および電流センサ３４のセンサ出力を受け、発電制御を行う。電圧センサ１６のセンサ出力は、系統連系情報、停電情報または復電情報として用いられる。電流センサ３４のセンサ出力は、交流出力の監視に用いられる。制御部３６は、系統連系情報により系統連系時の動作、停電情報により停電時の動作、または復電情報により系統連系時の動作に移行する。また、制御部３６は、電流センサ３４のセンサ出力に現れる急激な電流変化に対応し、たとえば、ＦＣシステム１４から急激な電流が送出される場合には単独運転検知動作により、ＦＣシステム１４の発電を停止させる。
【００４４】
リアクトル３８はインダクタの一例である。このリアクトル３８は、ＦＣシステム１４側のインピーダンスを高める手段として接続されている。このリアクトル３８を通してＦＣシステム１４の発電電力がＩＮＶ３２から配電系統４に給電される。
【００４５】
＜系統連系時の動作＞
【００４６】
この給電システム２では、図２に示すように、電圧センサ１６が系統電源６の連系状態を検出し、開閉器１８が閉じられる。これにより、系統電源６から系統電力Ｐｓが配電系統４に給電される。
【００４７】
給電時、蓄電システム１２は充電もしくは放電を行うが、放電の場合には、蓄電システム１２からの電力Ｐｂが配電系統４に出力される。また、ＦＣシステム１４は系統電源６から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇが配電系統４に出力され、電力負荷８に供給される電力をＰｗ１とすれば、この供給電力Ｐｗ１は、
Ｐｗ１≒Ｐｓ＋Ｐｂ＋Ｐｇ                    ・・・（１）
となる。
【００４８】
このとき、蓄電システム１２側にはリアクトル２６−１が接続される。蓄電システム１２側のインピーダンスは高いインピーダンスＺｂＨに設定される。ＦＣシステム１４側のインピーダンスをＺｇとすると、インピーダンスＺｂＨ、Ｚｇの大小関係は、ＺｂＨ＞Ｚｇとなる。
【００４９】
＜系統電源６の停電時の動作＞
【００５０】
図３に示すように、電圧センサ１６が系統電源６の停電を検出すると、開閉器１８が開かれる。これにより、配電系統４から系統電源６が解列し、分散電源１０が自立運転に切り替えられる。
【００５１】
ＦＣシステム１４は蓄電システム１２から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇを配電系統４に出力する。これにより、配電系統４から電力負荷８に供給される電力をＰｗ２とすれば、この供給電力Ｐｗ２は、Ｐｓ＝０であるから、
Ｐｗ２≒Ｐｂ＋Ｐｇ                      ・・・（２）
となる。
【００５２】
このとき、蓄電システム１２にはリアクトル２６−１からリアクトル２６−２に切り替えられる。これにより、蓄電システム１２側のインピーダンスは低いインピーダンスＺｂＬに切り替えられる。インピーダンスＺｂＬ、Ｚｇの大小関係は、ＺｂＬ＜Ｚｇとなる。
【００５３】
このように系統電源６の停電時または分散電源１０の自立運転時、ＦＣシステム１４側のインピーダンスＺｇが蓄電システム１２のインピーダンスより高いインピーダンスとなる。このため、電力負荷８に瞬間的な大電流が流れても、低いインピーダンス側の蓄電システム１２側から給電され易く、高いインピーダンス側のＦＣシステム１４側からの給電がされ難い。このため、ＦＣシステム１４側の電圧低下を抑制できる。これにより、ＦＣシステム１４の単独運転検知を回避でき、分散電源１０から電力負荷８に対して継続的な給電が行える。
【００５４】
＜系統電源６の復電時の動作＞
【００５５】
図２に示すように、電圧センサ１６が系統電源６の復電を検出すれば、開閉器１８が閉じる。これにより、系統電源６の解列が解除され、系統連系運転に移行する。系統電源６から系統電力Ｐｓが配電系統４に給電される。
【００５６】
このとき、開閉器２８は接点ａ側に閉じ、蓄電システム１２のインピーダンスは高いインピーダンスＺｂＨに切り替わる。これにより、電力負荷８には、既述の電力（Ｐｗ１≒Ｐｓ＋Ｐｂ＋Ｐｇ）が供給される。
【００５７】
＜制御部３６の制御機能＞
【００５８】
図４は、ＦＣシステム１４の制御部３６の制御機能を示している。制御部３６は、コンピュータによる情報処理を実行する。この情報処理には、状態判断機能４０、発電出力監視機能４２、保護制御機能４４などが含まれる。
【００５９】
状態判断機能４０は、系統電源６の状態を判断する。系統電源６の状態は系統連系、停電、停電からの復電がある。つまり、状態判断機能４０は、系統連系、停電、停電からの復電の各状態判断機能である。そこで、この状態判断機能４０では一例として電圧センサ１６のセンサ出力を受け、系統電源６が連系状態か、停電状態か、停電から復電した状態かを判断する。この状態判断には、この実施の形態のように、電圧センサ１６からのセンサ出力を受けて判断してもよいし、蓄電システム１２から状態情報を受けてもよい。
【００６０】
発電出力監視機能４２はたとえば、電流センサ３４のセンサ出力を受け、単独運転検知などを行う。ＦＣシステム１４は単独運転を検知すると、その保護機能を達成するための監視出力を送出する。
【００６１】
保護制御機能４４は、設定されている保護条件の範囲内で、ＦＣシステム１４の運転を実行する。ＦＣシステム１４は、系統連系時や、停電から復電した場合、発電出力監視機能４２で既述の単独運転の検知が行われると、発電停止などの保護機能を実行する。
【００６２】
＜制御部３６のハードウェア＞
【００６３】
図５は、制御部３６のハードウェアの一例を示している。この制御部３６はコンピュータで構成されている。この制御部３６にはたとえば、プロセッサ４６、ＲＯＭ（Read-Only Memory）４８、ＮＶＭ（Non Volatile Memory ）５０、ＲＡＭ（Random-Access Memory）５２および入出力部（Ｉ／Ｏ）５４が含まれる。これらプロセッサ４６などの機能部はバス５６で接続されている。
【００６４】
プロセッサ４６は、ＲＯＭ４８にあるＯＳ（Operating System）を実行し、ファームウエアプログラムやアプリケーションプログラムを実行し、既述の機能を含む情報処理や制御を行う。ＲＯＭ４８は、プログラム記憶部の一例であり、たとえば、半導体記憶素子などの記憶媒体で構成する。このＲＯＭ４８にはＯＳ、ファームウエアプログラム、アプリケーションプログラムが格納されている。ＮＶＭ５０には各種データが格納され、データベースが構築される。このＮＶＭ５０はたとえば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ）などの不揮発性メモリで構成される。このＮＶＭ５０には設定情報などの各種の制御情報などが格納され、この制御情報には既述の保護機能を実現するための保護条件情報が含まれる。この保護条件情報はたとえば、系統連系保護機能（検知条件）データテーブルや単独運転検知（受動的方式）条件データテーブル、単独運転検知（能動的方式）条件データテーブルなどが含まれる。ＲＡＭ５２は、情報処理のワークエリアを形成する。Ｉ／Ｏ５４は、設定情報の入力や制御出力の取出しに用いる。
【００６５】
＜第１の実施の形態の効果＞
【００６６】
この第１の実施の形態では、次のような効果が得られる。
【００６７】
(1) 電圧センサ１６は系統電源６の停電を検知し、停電検知を表すセンサ出力を発生する。このセンサ出力により、開閉器１８が開かれ、系統電源６が解列する。同時に、分散電源１０は自立運転に移行する。この自立運転に移行した分散電源１０では、蓄電システム１２側のインピーダンスがインピーダンスＺｂＬに切り替えられ、低いインピーダンスとなる。つまり、ＦＣシステム１４側のインピーダンスＺｇが蓄電システム１２側のインピーダンスＺｂＬより高くなる。これにより、ＦＣシステム１４側の電流を抑制でき、ＦＣシステム１４の単独運転検知による発電停止を回避でき、分散電源１０のＦＣシステム１４による発電を継続でき、分散電源１０の発電電力の有効利用が図られる。
【００６８】
(2) 系統連系時、電力負荷８の消費電力は、系統電源６の系統電力、蓄電システム１２およびＦＣシステム１４を含む分散電源１０の出力電力で賄うことができる。
【００６９】
(3) 系統電源６の停電時または系統電源６が給電中であっても、分散電源１０を自立運転させた場合、瞬間的な大電流がＦＣシステム１４から流れることがなく、ＦＣシステム１４の単独運転検知による動作停止などの不都合を回避しつつ、ＦＣシステム１４などの分散電源１０の電力の有効利用が図られる。
【００７０】
〔第２の実施の形態〕
【００７１】
＜システム構成＞
【００７２】
図６は、第２の実施の形態に係る給電システムを示している。図６に示す構成は一例であり、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。図６において、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明を割愛する。
【００７３】
この実施の形態の蓄電システム１２では、電圧センサ１６、開閉器１８、インバータ（ＩＮＶ）２０および蓄電池２２およびリアクトル２６が含まれる。この場合、リアクトル２６は一定のインピーダンスを備える。このリアクトル２６は、蓄電システム１２側のインピーダンスを高める手段として接続されている。
【００７４】
このＦＣシステム１４では、発電スタック３０、インバータ（ＩＮＶ）３２、電流センサ３４、制御部３６およびインピーダンス切替え部５８を含んでいる。
【００７５】
このインピーダンス切替え部５８には第１のリアクトル３８−１、第２のリアクトル３８−２および開閉器６０が含まれる。リアクトル３８−１は、系統連系時、ＦＣシステム１４側のインピーダンスを蓄電システム１２に対して低インピーダンス化する低インピーダンス化回路の一例である。リアクトル３８−２は、系統電源６の停電時または分散電源１０の自立運転時、ＦＣシステム１４側のインピーダンスを蓄電システム１２に対して高インピーダンス化する高インピーダンス化回路の一例である。
【００７６】
開閉器６０は接点ａ、ｂを備え、蓄電システム１２側にある電圧センサ１６のセンサ出力により切り替えられる。接点ａ側と配電系統４との間にはリアクトル３８−１が接続されている。また、接点ｂ側と配電系統４との間にはリアクトル３８−２が接続されている。開閉器６０は系統連系時、接点ａ側に閉じ、系統電源６の停電時または分散電源１０の自立運転時、接点ｂ側に閉じる。したがって、系統連系時にはリアクトル３８−１が接続され、停電時にはリアクトル３８−２が接続される。
【００７７】
発電スタック３０は、ＩＮＶ３２を介して配電系統４から電圧入力を受けて発電する。ＩＮＶ３２は、系統連系時および系統電源６の停電時、発電スタック３０の直流出力を交流に変換する。
【００７８】
電流センサ３４は、ＦＣシステム１４の交流出力の監視手段の一例である。この電流センサ３４のセンサ出力はＦＣシステム１４から配電系統４に供給される電流出力の状況を表す。
【００７９】
＜系統連系時の動作＞
【００８０】
この給電システム２では、図７に示すように、電圧センサ１６が系統電源６の連系状態を検出し、開閉器１８が閉じられる。これにより、系統電源６から系統電力Ｐｓが配電系統４に給電される。
【００８１】
給電時、蓄電システム１２は充電もしくは放電を行うが、放電の場合には、蓄電システム１２からの電力Ｐｂが配電系統４に出力される。また、ＦＣシステム１４は系統電源６から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇが配電系統４に出力され、電力負荷８に供給される電力をＰｗ１とすれば、この供給電力Ｐｗ１は、既述の式(1) で示す通りである。
【００８２】
このとき、ＦＣシステム１４側にはリアクトル３８−１が接続される。ＦＣシステム１４側のインピーダンスは低いインピーダンスＺｇＬに設定される。蓄電システム１２側のインピーダンスをＺｂとすると、インピーダンスＺｇＬ、Ｚｂの大小関係は、ＺｇＬ＜Ｚｂとなる。
【００８３】
＜系統電源６の停電時の動作＞
【００８４】
図８に示すように、電圧センサ１６が系統電源６の停電を検出すると、開閉器１８が開かれる。これにより、配電系統４から系統電源６が解列し、分散電源１０が自立運転に切り替えられる。
【００８５】
ＦＣシステム１４は蓄電システム１２から給電されて発電し、その発電電力Ｐｇを配電系統４に出力する。これにより、配電系統４から電力負荷８に供給される電力をＰｗ２とすれば、この供給電力Ｐｗ２は、Ｐｓ＝０であるから既述の式(2) に記載の通りである。
【００８６】
このとき、ＦＣシステム１４はリアクトル３８−１からリアクトル３８−２に切り替えられる。これにより、ＦＣシステム１４側のインピーダンスは高いインピーダンスＺｇＨに切り替えられる。インピーダンスＺｇＨ、Ｚｂの大小関係はＺｇＨ＞Ｚｂとなる。
【００８７】
このように系統電源６の停電時または分散電源１０の自立運転時、ＦＣシステム１４側のインピーダンスＺｇＨが蓄電システム１２のインピーダンスＺｂより高いインピーダンスとなる。このため、電力負荷８に瞬間的な大電流が流れても、低いインピーダンス側の蓄電システム１２側から給電され易く、高いインピーダンス側のＦＣシステム１４側からの給電がされ難い。このため、ＦＣシステム１４側の電圧低下を抑制できる。これにより、ＦＣシステム１４の単独運転検知を回避でき、分散電源１０から電力負荷８に対して継続的な給電が行える。
【００８８】
＜系統電源６の復電時の動作＞
【００８９】
図７に示すように、電圧センサ１６が系統電源６の復電を検出すれば、開閉器１８が閉じる。これにより、系統電源６の解列が解除され、系統連系運転に移行する。系統電源６から系統電力Ｐｓが配電系統４に給電される。
【００９０】
このとき、開閉器６０は接点ａ側に閉じ、ＦＣシステム１４のインピーダンスは低いインピーダンスＺｇＬに切り替わる。これにより、電力負荷８には、既述の電力（Ｐｗ１≒Ｐｓ＋Ｐｂ＋Ｐｇ）が供給される。
【００９１】
＜第２の実施の形態の効果＞
【００９２】
この第２の実施の形態では、次のような効果が得られる。
【００９３】
(1) 系統電源６の停電時、電圧センサ１６のセンサ出力により、開閉器１８が開かれ、系統電源６が解列するとともに、分散電源１０が自立運転に移行する。この自立運転に移行した分散電源１０では、ＦＣシステム１４側のインピーダンスが高いインピーダンスＺｇＨに切り替えられ、高いインピーダンスとなる。つまり、ＦＣシステム１４側のインピーダンスＺｇＨが蓄電システム１２側のインピーダンスＺｂより高くなる。これにより、ＦＣシステム１４側の電流を抑制でき、ＦＣシステム１４の単独運転検知による発電停止を回避でき、第１の実施の形態と同様に、分散電源１０のＦＣシステム１４による発電を継続でき、分散電源１０の発電電力の有効利用が図られる。
【００９４】
(2) この実施の形態においても、系統連系時、電力負荷８の消費電力は、系統電源６の系統電力、蓄電システム１２およびＦＣシステム１４を含む分散電源１０の出力電力で賄うことができる。
【００９５】
(3) この実施の形態においても、系統電源６の停電時または系統電源６が給電中、分散電源１０を自立運転させた場合、瞬間的な大電流がＦＣシステム１４から供給されることがなく、ＦＣシステム１４の単独運転検知による動作停止などの不都合を回避しつつ、ＦＣシステム１４などの分散電源１０の電力の有効利用が図られる。
【００９６】
〔第３の実施の形態〕
【００９７】
図９は第３の実施の形態に係る給電システムを示している。図９において、図１および図６と同一部分には同一符号を付してある。
【００９８】
この実施の形態では、蓄電システム１２に第１の実施の形態（図１）と同様にリアクトル２６−１、２６−２および開閉器２８が備えられるとともに、ＦＣシステム１４に第２の実施の形態（図６）と同様にリアクトル３８−１、３８−２および開閉器６０が備えられている。
【００９９】
斯かる構成では、系統連系時および停電からの復電時、開閉器２８、６０が電圧センサ１６のセンサ出力により接点ａ側に閉じられる。この場合、蓄電システム１２にはリアクトル２６−１が接続され、ＦＣシステム１４にはリアクトル３８−１が接続される。これにより、蓄電システム１２のインピーダンスはＦＣシステム１４より高インピーダンス化される。つまり、この実施の形態では、インピーダンスの関係がＺｂＨ＞ＺｇＬとなる。
【０１００】
系統電源６の停電時、開閉器２８、６０が電圧センサ１６のセンサ出力により接点ｂ側に閉じられる。この場合、蓄電システム１２にはリアクトル２６−２が接続され、ＦＣシステム１４にはリアクトル３８−２が接続される。これにより、蓄電システム１２のインピーダンスはＦＣシステム１４より低インピーダンス化される。つまり、この実施の形態では、インピーダンスの関係がＺｂＬ＜ＺｇＨとなる。
【０１０１】
斯かる構成により、ＦＣシステム１４側の瞬間的な大電流を抑制でき、ＦＣシステム１４の単独運転検知による発電停止を回避でき、第１の実施の形態と同様に、分散電源１０のＦＣシステム１４による発電を継続でき、分散電源１０の発電電力の有効利用が図られる。
【０１０２】
〔第４の実施の形態〕
【０１０３】
図１０は、第４の実施の形態に係る蓄電システム１２側のインピーダンス切替え部２４を示している。図１０において、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【０１０４】
上記実施の形態の蓄電システム１２のインピーダンス切替え部２４には、高インピーダンス化回路としてリアクトル２６−１、低インピーダンス回路としてリアクトル２６−２が設置されている。これに対し、図１０に示すように、高インピーダンス化回路としてリアクトル２６−１１、２６−１２を備え、キャパシタ２６−３を備えてもよい。リアクトル２６−１１は、開閉器２８の接点ａ１、ａ２を介してＩＮＶ２０と配電系統４との間に直列に接続されるとともに、ＩＮＶ２０は開閉器２８の接点ｂ１、ｂ２を介して配電系統４に接続されている。キャパシタ２６−３は、開閉器２８の接点ｃ１、ｃ２を介してＩＮＶ２０と並列に配電系統４に接続されている。つまり、キャパシタ２６−３は低インピーダンス化回路に含まれる。この場合、系統連系時、開閉器２８の接点a１、ａ２を閉じ、接点ｂ１、ｂ２および接点ｃ１、ｃ２を開く。また、停電時または分散電源１０の自立運転時、開閉器２８の接点ａ１、ａ２を開き、接点ｂ１、ｂ２および接点ｃ１、ｃ２を閉じる。これにより、停電時または分散電源１０の自立運転時、蓄電システム１２に対してＦＣシステム１４側を高インピーダンス化することができる。また、電力負荷８が瞬間的な大電流を消費するとき、キャパシタ２６−３から電流を補填することで瞬間的な大電流を抑制する。
【０１０５】
図１１は、第４の実施の形態に係るＦＣシステム１４のインピーダンス切替え部５８を示している。図１１において、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【０１０６】
上記実施の形態のＦＣシステム１４のインピーダンス切替え部５８には、低インピーダンス回路としてリアクトル３８−１、高インピーダンス化回路としてリアクトル３８−２が設置されている。これに対し、図１１に示すように、高インピーダンス化回路としてリアクトル３８−２１、３８−２２およびキャパシタ３８−３を備えてもよい。この場合、キャパシタ３８−３は低インピーダンス化回路に含まれ、開閉器６０の接点ｂ１、ｂ２を介してＩＮＶ３２に並列に接続される。リアクトル３８−２１、３８−２２は、開閉器６０の接点ｂ１、ｂ２を介してＩＮＶ３２と配電系統４との間に直列に接続されている。系統連系時、開閉器６０の接点ｂ１、ｂ２および接点ｃ１、ｃ２を開き、接点ａ１、ａ２を閉じる。停電時または分散電源１０の自立運転時、開閉器６０の接点ａ１、ａ２を開き、接点ｂ１、ｂ２および接点ｃ１、ｃ２を閉じる。これにより、停電時または分散電源１０の自立運転時、蓄電システム１２に対してＦＣシステム１４側を高インピーダンス化することができる。この場合、電力負荷８が瞬間的な大電流を消費するとき、キャパシタ３８−３から電流を補填することで瞬間的な大電流を抑制する。
【０１０７】
このような構成としても、第１の実施の形態または第２の実施の形態と同様の機能が得られ、同様の効果が得られる。
【０１０８】
〔第５の実施の形態〕
【０１０９】
＜システム構成＞
【０１１０】
図１２、図１３および図１４は第５の実施の形態に係る給電システムを示している。図１２、図１３および図１４において、図１、図６、図９と同一部分には同一符号を付してある。
【０１１１】
この実施の形態では、電圧センサ１６のセンサ出力を制御部３６に入力し、制御部３６の制御出力により開閉器２８または開閉器６０を切り替える構成としたものである。その他の構成は第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態または第４の実施の形態と同様である。
【０１１２】
＜制御部３６の機能＞
【０１１３】
図１５は、制御部３６が備える機能を示している。この実施の形態では、既述の機能に加え、状態判断機能４０とともに開閉器切替え機能６２が含まれる。状態判断機能４０は既述のように一例として電圧センサ１６のセンサ出力を受け、系統電源６が連系状態か、停電状態か、停電から復電した状態かを判断する。
【０１１４】
開閉器切替え機能６２は、この状態判断機能４０の状態判断の一態様である停電検出時を表すセンサ出力を停電検知情報として開閉器２８または開閉器６０の接点ａの閉成からから接点ｂの閉成に切り替える。また、停電から復電に至った場合には、センサ出力を復電検知情報として開閉器２８、６０の接点ｂの閉成状態から開成に切り替える。この機能は、既述のコンピュータ（図５）の情報処理によって実現される。
【０１１５】
＜給電制御＞
【０１１６】
図１６は、制御部３６による給電制御の処理手順を示している。この処理手順は、本発明の給電制御プログラムまたは給電制御方法の一例である。
【０１１７】
この処理手順では、停電時または連系運転時、系統電源６の状態監視が行われる。この状態監視は電圧センサ１６のセンサ出力を参照する。制御部３６の状態判断機能４０では、電圧センサ１６のセンサ出力により、系統電源６が停電か否かを判定する。この場合、系統電源６が給電中であっても、系統電源６を解列させれば、停電と同様のセンサ出力が得られる。
【０１１８】
停電でなければ（Ｓ１０２のＮＯ）、開閉器２８または開閉器６０を接点ａ側を閉じ（Ｓ１０３）、連系運転を行う（Ｓ１０４）。この連系運転状態で状態監視（Ｓ１０１）が行われる。この場合、蓄電システム１２側のインピーダンスがＦＣシステム１４側より高インピーダンス化される。
【０１１９】
停電であれば（Ｓ１０２のＹＥＳ）、開閉器２８または開閉器６０を接点ａから接点ｂ側を閉じ（Ｓ１０５）、分散電源１０の自立運転を行う（Ｓ１０６）。この自立運転状態で状態監視（Ｓ１０１）が行われる。この場合、ＦＣシステム１４側のインピーダンスが蓄電システム１２側より高インピーダンス化される。これによりＦＣシステム１４の単独運転検知を回避でき、ＦＣシステム１４の継続的な発電を行うことができ、発電出力の利用が図られる。
【０１２０】
〔他の実施の形態〕
【０１２１】
(1) 上記実施の形態では、給電制御をＦＣシステム１４の制御部３６を使用したが、蓄電システム１２側にある制御部を用いてもよい。また、図１７に示すように、制御部３６に代えて外部制御部６４を設置し、制御部３６の機能を実現してもよい。
【０１２２】
(2) 図１７に示す構成例では、系統電源６に接続される配電系統４の入力端に開閉器６６を備え、この開閉器６６の開閉を外部制御部６４で制御している。この場合、外部制御部６４には入力操作部６８が接続され、入力操作部６８からの自立運転入力により開閉器６６を閉状態から開状態に切り替えてもよい。
【０１２３】
斯かる構成では、系統電源６が給電状態にあっても、外部制御部６４による電力負荷８の状態を監視することにより、またはユーザによる入力操作部６８からの自立運転指示に基づき、系統電源６を分散電源１０から強制的に解列させることが可能である。この解列状態における動作は、系統電源６の既述の停電時の動作と同様であるので、その説明を割愛する。このような系統電源６の強制的な解列への切替えにあっても、自立運転時、ＦＣシステム１４の高インピーダンス化または蓄電システム１２の低インピーダンス化により、電力負荷８の瞬間的に大電流が流れる場合のＦＣシステム１４の単独運転検知を回避でき、継続的な発電を行い、その発電電力の有効な利用が可能である。
【０１２４】
(3) 第１の実施の形態では、蓄電システム１２側に低インピーダンス回路としてリアクトル２６−２、ＦＣシステム１４側にリアクトル３８を備えたが、リアクトル２６−２およびリアクトル３８を直結回路として構成してもよい。
【０１２５】
(4) 第２の実施の形態では、ＦＣシステム１４側に低インピーダンス回路としてリアクトル３８−１、蓄電システム１２側にリアクトル２６を備えたが、リアクトル３８−１およびリアクトル２６を直結回路として構成してもよい。
【０１２６】
(5) 第３の実施の形態では、高インピーダンス化回路としてのリアクトル２６−１、３８−２を備え、他のリアクトル２６−２、３８−１を直結回路として構成し、蓄電システム１２側に開閉器２８、ＦＣシステム１４側に開閉器６０を備え、これらを切り替えることにより、上記実施の形態のインピーダンス切替えを行う構成としてもよい。
【０１２７】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、又は発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、給電システム、給電制御プログラムおよび給電制御方法であって、系統電源の停電時、ＦＣシステムの高インピーダンス化または蓄電システムの低インピーダンス化により、ＦＣシステムなど、定置用発電機器の単独運転検知による発電停止を回避して、継続した発電を実現し、発電電力の継続的利用および有効利用を図ることができる。
【符号の説明】
【０１２９】
２  給電システム
４  配電系統
６  系統電源
８  電力負荷
１０  分散電源
１２  蓄電システム
１４  ＦＣシステム
１６  電圧センサ
１８  開閉器
２０  インバータ（ＩＮＶ）
２２  蓄電池
２４  インピーダンス切替え部
２６−１  第１のリアクトル
２６−１１、２６−１２  リアクトル
２６−２  第２のリアクトル
２６−３  キャパシタ
２８  開閉器
３０  発電スタック
３２  インバータ（ＩＮＶ）
３４  電流センサ
３６  制御部
３８  第３のリアクトル
３８−２１、３８−２２  リアクトル
３８−３  キャパシタ
４０  状態判断機能
４２  発電出力監視機能
４４  保護制御機能
４６  プロセッサ
４８  ＲＯＭ
５０  ＮＶＭ
５２  ＲＡＭ
５４  入出力部（Ｉ／Ｏ）
５６  バス
５８  インピーダンス切替え部
６０  開閉器
６２  開閉器切替え機能
６４  外部制御部
６６  開閉器
６８  入力操作部
【図１】
2014171374.tif 000003
【図２】
2014171374.tif 000004
【図３】
2014171374.tif 000005
【図４】
2014171374.tif 000006
【図５】
2014171374.tif 000007
【図６】
2014171374.tif 000008
【図７】
2014171374.tif 000009
【図８】
2014171374.tif 000010
【図９】
2014171374.tif 000011
【図１０】
2014171374.tif 000012
【図１１】
2014171374.tif 000013
【図１２】
2014171374.tif 000014
【図１３】
2014171374.tif 000015
【図１４】
2014171374.tif 000016
【図１５】
2014171374.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2014171374.tif 000019