(57)【要約】【課題】複数の発電手段を並列接続して発電装置を構成する場合でも、全体として高効率な運転動作を可能とすること。【解決手段】発電装置１は、第１接続点２１に対して並列接続された複数の発電ユニットと、第１接続点２１を介して複数の発電ユニットに接続され、複数の発電ユニットの発電電力を交流電力に変換して商用電源へ送電する回生動作及び商用電源から電力を受電して複数の発電ユニットへ送電する力行動作を行う電力変換ユニット２２と、電力変換ユニット２２に対して回生動作と力行動作とを切り替えさせる制御ユニット１３と、を有し、発電ユニット２０Ａは発電電力の一部を消費する電力消費手段１９を有し、制御ユニット１３は、発電電力の合計が所定の電力量を超えた場合に、電力消費手段１９に対して発電電力の一部を消費させる。【選択図】図１
2019213416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続点に対して並列に接続された少なくとも２つの発電ユニットと、
前記接続点を介して前記少なくとも２つの発電ユニットに接続され、前記少なくとも２つの発電ユニットで発電された電力を交流電力に変換して商用電源へ送電する回生動作、および、前記商用電源から電力を受電して前記少なくとも２つの発電ユニットへ送電する力行動作を行う電力変換ユニットと、
前記電力変換ユニットに対して、前記回生動作と前記力行動作とを切り替えさせる第１信号を出力する制御ユニットと、
を有する発電装置であって、
前記少なくとも２つの発電ユニットはそれぞれ、
発電動作を行う発電手段を有する主機と、
前記接続点を介して電力を受電し、前記主機の発電動作を補助する補機と、
前記接続点が配置された電線に接続され、前記主機が発電した電力の一部を消費する電力消費手段と、
を有し、
前記制御ユニットは、
前記少なくとも２つの発電ユニットが発電した電力の合計が所定の電力量を超えた場合に、少なくとも１つの前記電力消費手段に対して、発電した電力の一部を消費させる第２信号を出力する、
発電装置。
【請求項２】
前記主機は、
前記発電手段で発電した電力を直流電力に変換する第１変換手段をさらに有し、
前記電力変換ユニットは、
前記少なくとも２つの発電ユニットが発電した電力を高周波数の交流電力に変換して出力する第２変換手段と、
前記第２変換手段が出力した交流電力を入力し、入力された交流電力に対して電気的に絶縁された交流電力を出力する絶縁手段と、
前記絶縁手段が出力した交流電力を直流電力に変換して出力する第３変換手段と、
前記第３変換手段が出力した直流電力を交流電力に変換して前記商用電源へ出力する第４変換手段と、
を有し、
前記制御ユニットは、
前記第１変換手段、前記第２変換手段、前記第３変換手段、および前記第４変換手段に対して前記第１信号を出力する、
請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
少なくとも一つの前記発電手段は、
ランキンサイクル発電装置である、
請求項１または２に記載の発電装置。
【請求項４】
接続点に対して並列に接続され、それぞれ余剰電力を消費させる電力消費手段を有する少なくとも２つの発電ユニットと、前記接続点を介して前記少なくとも２つの発電ユニットに接続された電力変換ユニットと、を制御する制御装置であって、
前記電力変換ユニットに対して、前記少なくとも２つの発電ユニットで発電された電力を交流電力に変換して商用電源へ送電する回生動作と、前記商用電源から電力を受電して前記少なくとも２つの発電ユニットへ送電する力行動作とを切り替えさせる第１信号を出力する第１信号生成部と、
前記電力変換ユニットが前記回生動作を行っているときに、前記少なくとも２つの発電
ユニットが発電した電力の合計が所定の電力量を超えた場合または前記電力変換ユニットが動作停止した場合、少なくとも一つの前記電力消費手段に対して、前記少なくとも一つの電力消費手段が配置された前記発電ユニットが発電した電力の一部を消費させる第２信号を出力する第２信号生成部と、
を有する制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発電装置および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電装置としては、例えばランキンサイクルを用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。図１０は、特許文献１に記載された従来の発電装置の構成を示すものである。従来のこの種の発電装置１００は、１つのランキンサイクル装置１０１と、発電制御装置１０２とを備えている。発電装置１００は、外部の電力系統１０３に接続され、電力系統１０３がランキンサイクル装置１０１と双方向に電力を供給するように構成したものが提案されていた。
【０００３】
発電装置１００は、１つのランキンサイクル装置１０１と発電制御装置１０２とを備え、流体回路１５０と、発電機１０８と、電動機１１１とを有している。流体回路１５０は、ポンプ１０７、蒸発器１０４、膨張機１０５及び凝縮器１０６を有している。流体回路１５０における蒸発器１０４の出口と膨張機１０５の入口との間の部分には、温度センサ１１０が設けられている。流体回路１５０は、さらに、膨張機１０５をバイパスしているバイパス路１７０を有している。また、バイパス路１７０は、バイパス弁（開閉装置）１０９を有している。本構成において、ポンプ１０７が作動流体を圧送、循環させ、蒸発器１０４で熱源からの熱を用いて作動流体を加熱し、作動流体が過熱蒸気の状態となり、膨張機１０５に流入し、膨張すなわち作動することになる。この回転エネルギーを発電機１０８で電気エネルギーに変換することで発電する。発電した電力は、コンバータ１２０と系統連系用電力変換器１２２によって電力系統１０３へ出力される。
【０００４】
一方、電力変換器の構成としては、電気的に絶縁された双方向電力変換装置が提案されていた（例えば、特許文献２参照）。図１１は、特許文献２に記載された従来の双方向電力変換装置の構成を示すものである。
【０００５】
双方向電力変換装置２００は、単相電圧型インバータ２０１と、コンデンサおよびインダクタの直列接続から成る一次共振回路とコンデンサおよびインダクタの直列接続から成る二次共振回路とで構成される直列共振型高周波絶縁変圧器２０２と、スイッチング素子およびダイオードが逆並列接続されたスイッチ２つを逆直列接続した複数の双方向スイッチから成る電力変換器２０３とによって構成される。単相電圧型インバータ２０１により直流電圧源２０４の電圧を波高値として、直列共振型高周波絶縁変圧器２０２に供給し、二次側では、電力変換器２０３が単相マトリックスコンバータとして、コンデンサ２０５の電圧極性に関係なくコンデンサ２０５の両端電位差を直列共振型高周波絶縁変圧器２０２に供給できる。そして、コンデンサ２０５の両端部である端子Ａ、Ｂ間に負荷を接続することで、負荷の電圧、電流及び電力を制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−８３８２９号公報
【特許文献２】特開２０１６−８２７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来は、小規模の熱源が点在した場合、発電機を有するランキンサイクル装置のような発電手段と、商用電源に対して送受電するための電力変換手段と、これらを制御する制御
手段とを有する発電装置が、各々の熱源に対応して個別に設置される。このような複数の発電装置を並列に接続して発電システムを構成する場合、各小規模の熱源に対応した発電機の発電開始タイミングが一致することは概ねないため、発電電力が充分でない発電機と、充分な発電電力を得られている発電機とが存在することとなる。その結果、発電電力が充分でない発電機は、複数の電力変換手段を経由して他の発電機から電力を受電することになり、複数の発電装置は全体として効率的な運転ができないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従来の課題を解決するために、本開示は、
接続点に対して並列に接続された少なくとも２つの発電ユニットと、
前記接続点を介して前記少なくとも２つの発電ユニットに接続され、前記少なくとも２つの発電ユニットで発電された電力を交流電力に変換して商用電源へ送電する回生動作、および、前記商用電源から電力を受電して前記少なくとも２つの発電ユニットへ送電する力行動作を行う電力変換ユニットと、
前記電力変換ユニットに対して、前記回生動作と前記力行動作とを切り替えさせる第１信号を出力する制御ユニットと、
を有する発電装置であって、
前記少なくとも２つの発電ユニットはそれぞれ、
発電動作を行う発電手段を有する主機と、
前記接続点を介して電力を受電し、前記主機の発電動作を補助する補機と、
前記接続点が配置された電線に接続され、前記主機が発電した電力の一部を消費する電力消費手段と、
を有し、
前記制御ユニットは、
前記少なくとも２つの発電ユニットが発電した電力の合計が所定の電力量を超えた場合に、少なくとも１つの前記電力消費手段に対して、発電した電力の一部を消費させる第２信号を出力する、
発電装置を提供する。
【０００９】
本構成によって、複数の発電手段を並列に接続して発電装置を構成する場合でも、全体として高効率な運転動作を可能とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本開示に係る技術によれば、複数の発電手段を並列に接続して発電装置を構成する場合でも、全体として高効率な運転動作を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施の形態における発電装置の構成を示すブロック図
【図２】本開示の実施の形態における発電ユニットの構成を示す回路図
【図３】本開示の実施の形態における電力変換ユニットの構成を示す回路図
【図４】本開示の実施の形態における全体制御部の動作を示すフローチャート
【図５Ａ】本開示の実施の形態におけるポンプ制御部の構成を示すブロック図
【図５Ｂ】本開示の実施の形態における第１変換制御部の構成を示すブロック図
【図６】本開示の実施の形態における第２変換制御部の構成を示すブロック図
【図７】本開示の実施の形態における第３変換制御部の構成を示すブロック図
【図８】本開示の実施の形態における第４変換制御部の構成を示すブロック図
【図９】本開示の実施の形態における消費制御部の構成を示すブロック図
【図１０】従来の発電装置の構成を示すブロック図
【図１１】従来の電力変換装置の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜本発明者の検討に基づく知見＞
小規模の熱源が点在し、これらの熱源から発電を行うために、特許文献１に示す従来の発電装置を適用しようとした場合、通常、この発電装置を各々の熱源に対応して個別に設置することとなる。しかし、各小規模の熱源に対応した発電機の発電開始タイミングが一致することは概ねなく、各発電機の合計発電電力が合計内部消費電力を上回るまでの間、発電電力が充分でない発電機と、充分な発電電力を得られている発電機とが存在することとなる。このとき、発電電力が充分でない発電機は、その内部消費電力を、充分な発電電力を得られている他の発電機から、コンバータ、系統連系用電力変換器、更には発電電力が充分でない発電機側の系統連系用電力変換器を通して受電することになる。その結果、発電電力が充分でない発電機が他の発電機から電力を受電する際に、経由する電力変換器の段数が多くなるとともに、電力損失が多くなり、合計発電電力が損なわれる。このため、これら発電装置全体として効率的な運転ができないという課題があることを、本発明者は発見した。これに関して本発明者は、一つの接続点から並列に接続された複数の発電装置に対し、系統連系用電力変換器を共通化して一つとして接続することで、電力変換器の段数を減らすことができることに着目した。しかし、系統連系用電力変換器を共通化しただけでは、複数の発電装置がそれぞれ能力が異なること及び動作タイミングが異なることなどに対応しきれない。この点に対応するために、それぞれの発電装置に電力消費手段を配置することを思いついた。これにより、それぞれの発電装置において適切なタイミングで余剰電力を消費させるように全体を制御することで、複数の発電装置を含む全体として効率的な運転が可能となる。
【００１３】
さらに、本発明者は、特許文献１に示す従来の発電装置を熱源それぞれに対して設置した場合は、膨張機、膨張機に接続された発電機、ポンプ、蒸発器、コンバータ、系統連系用電力変換器がそれぞれ個別に必要となるため、全体として設置スペースが大きくなるという課題もあることに着目した。この課題に対しても、上記のように系統連系用電力変換器を複数の発電装置に対して共通化して一つとすることで、全体として設置スペースを低減できる。
【００１４】
一方、本発明者は、系統連系のために用いる従来の電力変換器にも着目した。特許文献２に示す従来の電力変換器は、双方向性は有するが、蓄電池あるいは商用電源に接続される構成、すなわち運転停止制御によって電力の供給源を停止可能な用途に適用される系統連系用電力変換器である。この系統連系用電力変換器に対して例えば発電装置としてランキンサイクルを用いた発電装置を接続した場合、系統連系用電力変換器の動作が停止したときに、通常、膨張機における回転動作を即時停止することができないため、発電動作を即時停止することができない。すなわち、特許文献２に示す従来の系統連系用電力変換器では、系統連系用電力変換器が停止しても発電装置の種類によっては発電電力が連続して供給されてしまうことへの対応はできないという課題がある。この課題に対しては、上記のように複数の発電装置と一つの系統連系用電力変換器とを一つの接続点を介して接続しておくことで、系統連系用電力変換器が停止したときに、連続して発電された電力を系統連系用電力変換器へ連続供給させないことが可能となる。加えて、発電装置に電力消費手段を配置していることで、系統連系用電力変換器の停止時に、必要に応じて電力消費手段に発電電力を消費させることも可能となる。
【００１５】
以上を踏まえ、本発明者は、複数の発電手段を並列に接続して発電装置を構成する場合でも全体として高効率な運転動作を可能とする発電装置および制御装置を検討した。
【００１６】
なお、本明細書においては、点在する個々の熱源に対して設置する発電装置を発電ユニットと称することもある。また、点在する個々の熱源に対して設置する発電装置を複数まとめたシステム全体のことを発電装置と称することもある。
【００１７】
本開示の第１態様は、
接続点に対して並列に接続された少なくとも２つの発電ユニットと、
前記接続点を介して前記少なくとも２つの発電ユニットに接続され、前記少なくとも２つの発電ユニットで発電された電力を交流電力に変換して商用電源へ送電する回生動作、および、前記商用電源から電力を受電して前記少なくとも２つの発電ユニットへ送電する力行動作を行う電力変換ユニットと、
前記電力変換ユニットに対して、前記回生動作と前記力行動作とを切り替えさせる第１信号を出力する制御ユニットと、
を有する発電装置であって、
前記少なくとも２つの発電ユニットはそれぞれ、
発電動作を行う発電手段を有する主機と、
前記接続点を介して電力を受電し、前記主機の発電動作を補助する補機と、
前記接続点が配置された電線に接続され、前記主機が発電した電力の一部を消費する電力消費手段と、
を有し、
前記制御ユニットは、
前記少なくとも２つの発電ユニットが発電した電力の合計が所定の電力量を超えた場合に、少なくとも１つの前記電力消費手段に対して、発電した電力の一部を消費させる第２信号を出力する、
発電装置を提供する。
【００１８】
第１態様によれば、一つの接続点から並列に接続された複数の発電ユニットに対して系統連系のための電力変換ユニットを共通化して一つとして接続する。さらに、それぞれの発電ユニットに電力消費手段を配置して適切なタイミングで余剰電力を消費させるように全体を制御する。これにより、複数の発電ユニットを含む発電装置全体として、高効率な運転動作が可能となり、設置スペースも低減できる。
【００１９】
本開示の第２態様は、第１態様に加え、
前記主機は、
前記発電手段で発電した電力を直流電力に変換する第１変換手段
をさらに有し、
前記電力変換ユニットは、
前記少なくとも２つの発電ユニットが発電した電力を高周波数の交流電力に変換して出力する第２変換手段と、
前記第２変換手段が出力した交流電力を入力し、入力された交流電力に対して電気的に絶縁された交流電力を出力する絶縁手段と、
前記絶縁手段が出力した交流電力を直流電力に変換して出力する第３変換手段と、
前記第３変換手段が出力した直流電力を交流電力に変換して前記商用電源へ出力する第４変換手段と、
を有し、
前記制御ユニットは、
前記第１変換手段、前記第２変換手段、前記第３変換手段、および前記第４変換手段に対して前記第１信号を出力する、
発電装置を提供する。
【００２０】
第２態様によれば、複数の発電手段に対して、第１変換手段を介して接続点にて並列接続し、各発電手段の発電電力の合計電力を第２変換手段、絶縁手段、第３変換手段、第４変換手段を介して商用電源へ送電することとなり、唯一の絶縁手段および商用電源への送電出力のための変換手段にて構成することができる。同時に、発電電力を交流電力に変換
する前に補機へ直接給電することができるため、一旦交流電力に変換して商用電源に出力し、更に商用電源からの交流電力を再度直流電力に変換して給電することがなく、安価でかつ高効率な発電装置を構成することができる。
【００２１】
本開示の第３態様は、第１態様または第２態様に加え、
少なくとも一つの前記発電手段は、
ランキンサイクル発電装置である、
発電装置を提供する。
【００２２】
第３態様によれば、工場等で発生する排熱を、ランキンサイクルを用いて回収し発電に用いることができる。また、ランキンサイクル発電装置のように即時停止が難しい発電手段であっても、第１態様の構成を有することで、電力変換ユニットが動作停止したときに、発電手段の発電電力を電力変換ユニットへ給電しないように制御することができる。
【００２３】
本開示の第４態様は、
接続点に対して並列に接続され、それぞれ余剰電力を消費させる電力消費手段を有する少なくとも２つの発電ユニットと、前記接続点を介して前記少なくとも２つの発電ユニットに接続された電力変換ユニットと、を制御する制御装置であって、
前記電力変換ユニットに対して、前記少なくとも２つの発電ユニットで発電された電力を交流電力に変換して商用電源へ送電する回生動作と、前記商用電源から電力を受電して前記少なくとも２つの発電ユニットへ送電する力行動作とを切り替えさせる第１信号を出力する第１信号生成部と、
前記電力変換ユニットが前記回生動作を行っているときに、前記少なくとも２つの発電ユニットが発電した電力の合計が所定の電力量を超えた場合または前記電力変換ユニットが動作停止した場合、少なくとも一つの前記電力消費手段に対して、前記少なくとも一つの電力消費手段が配置された前記発電ユニットが発電した電力の一部を消費させる第２信号を出力する第２信号生成部と、
を有する制御装置を提供する。
【００２４】
第４態様によれば、それぞれの発電ユニットに配置された電力消費手段を制御して適切なタイミングで余剰電力を消費させるように動作させることができる。これにより、複数の発電ユニットを含む発電装置全体を、高効率に運転することが可能となる。
【００２５】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、発電装置１の構成を示すブロック図である。
【００２７】
図１において、発電装置１は、第１接続点２１に対して並列に接続されてそれぞれ発電を行う複数の発電ユニット２０Ａ、２０Ｂと、第１接続点２１を介して発電ユニット２０Ａ、２０Ｂに接続され、これらの発電ユニットで発電された電力を交流電力に変換して商用電源へ送電する回生動作、および、商用電源から電力を受電してこれらの発電ユニットへ送電する力行動作を行う電力変換ユニット２２と、電力変換ユニット２２に対して回生動作と力行動作とを切り替えさせる第１信号を出力する制御ユニット１３と、を有する。電力変換ユニット２２と商用電源との間には、通常、フィルタを配置する。
【００２８】
発電ユニット２０Ａは、発電動作を行う発電手段を有する主機２３と、第１接続点２１を介して電力を受電し、主機２３の発電動作を補助する補機１１と、第１接続点２１が配置された電線に接続され、主機２３が発電した電力の一部を消費する電力消費手段１９と
、を有する。図１においては、一例として、発電手段をランキンサイクル装置２としている。この場合、補機１１はポンプ駆動インバータ１１である。発電ユニット２０Ｂは、発電ユニット２０Ａと同様の構成を有するが、図１においては詳細な構成の図示を省略している。
【００２９】
制御ユニット１３は、発電ユニット２０Ａ、２０Ｂが発電した電力の合計が所定の電力量を超えた場合に、少なくとも１つの電力消費手段１９に対して、発電した電力の一部を消費させる第２信号を出力する。
【００３０】
図１の発電装置１は、一つの接続点である第１接続点２１から並列に接続された複数の発電ユニット２０Ａ及び２０Ｂに対し、商用電源に対して送受電するための系統連系用電力変換器である電力変換ユニット２２を一つに共通化して接続している。こうすることで、一つの発電ユニットが他の発電ユニットから電力を受電する必要がある場合に、経由する電力変換器の段数を従来と比較して減らすことができる。経由する電力変換器の段数が少なくなることで電力損失も抑制されるため、発電装置１全体としての合計発電電力の低下も抑えられ、発電の高効率化な運転を行うことができる。また、複数の発電ユニットに対して電力変換ユニット２２が一つで済むため、設置スペースも全体として節約される。
【００３１】
一方、系統連系用電力変換器を共通化して一つの電力変換ユニット２２としただけでは、発電ユニット２０Ａ及び２０Ｂの発電能力が異なる場合、あるいは、動作タイミングが異なる場合などに、電力変換ユニット２２の動作がこれらの状態に必ずしも対応しきれない可能性が生じうる。この点に対応するため、発電ユニット２０Ａ、２０Ｂそれぞれに、電力消費手段１９を配置している。そして制御ユニット１３が、それぞれの電力消費手段１９に対して第２信号を出力し、適切なタイミングで余剰電力を消費させるように制御することで、複数の発電ユニットを含む全体として効率的な運転が可能となる。なお、制御ユニット１３がそれぞれの電力消費手段１９に対して出力する第２信号は、電力消費手段ごとに異なる制御信号であってもよい。
【００３２】
なお、本実施の形態１では、発電ユニットを２０Ａと２０Ｂとの２つで説明したが、３つ目の発電ユニット２０Ｃあるいはそれ以上の発電ユニットを配置してもよい。この場合、３つ目以降の発電ユニットは、発電ユニット２０Ａと同様の構成であってもよく、異なる構成であってもよい。すなわち、少なくとも２つの発電ユニットが、発電ユニット２０Ａの構成と同様であればよい。
【００３３】
（実施の形態２）
本実施の形態２においても、図１を用いる。実施の形態１で説明したものについては、説明を省略する場合もある。
【００３４】
図１において、発電ユニット２０Ａは主機２３、補機１１、および電力消費手段１９を有する。本実施の形態においては、主機２３は、工場等の排熱を用いて発電を行うランキンサイクル装置２を含むものとする。この場合、補機１１はポンプ駆動インバータ１１である。発電手段としてのランキンサイクル装置２は、ポンプ３と、蒸発器４と、膨張機５と、凝縮器８とが配管によりこの順に接続され、膨張機５と並列にバイパス弁７が接続されて、作動流体が循環して流れる閉回路が構成されている。作動流体が流れる流体回路には膨張機５の入口温度を測定する温度センサ６が配置され、検出した膨張機入口温度は例えば制御ユニット１３へ送信される。ランキンサイクル装置２において、膨張機５には発電機９が接続され、ポンプ３にはモータ１０が接続されている。モータ１０はポンプ駆動インバータ１１により駆動され、発電機９は第１変換手段１２により制御される。また、ポンプ駆動インバータ１１、第１変換手段１２、および電力消費手段１９はそれぞれ、制御信号を伝送する配線により制御ユニット１３と接続されて、その動作が制御される。第
１変換手段１２は、発電機９が発電した電力を受電し、第１接続点２１につながる電線に電力を出力する。
【００３５】
電力変換ユニット２２は、第１変換手段１２が出力した電力を第１接続点２１を介して入力し交流電力に変換する第２変換手段１４と、第２変換手段１４の出力である交流電力を入力し、入力電力に対して絶縁された状態で所定比率の交流電力に変換する絶縁手段１５と、絶縁手段１５の出力である交流電力を入力し直流電力に変換する第３変換手段１６と、第３変換手段１６の出力である直流電力を第２接続点１７を介して入力し交流電力に変換する第４変換手段１８とを有する。第４変換手段１８の出力である交流電力は、フィルタ回路を介して商用電源に接続される。第２変換手段１４、第３変換手段１６、および第４変換手段１８はそれぞれ、制御信号を伝送する配線により制御ユニット１３に接続されて、その動作が制御される。
【００３６】
電力消費手段１９は、発電電力に余剰電力があった場合に余剰分を消費するように、第１変換手段１２の出力電力が送電される電線に接続されている。
【００３７】
第１接続点２１及び第２接続点１７にはそれぞれ電圧計が配置されている。検出された電圧は制御ユニット１３へ出力され、制御ユニット１３における各部において用いられる。
【００３８】
制御ユニット１３は、発電装置１の全体的な動作を制御する全体制御部１３Ａと、第２変換手段１４、第３変換手段１６、および第４変換手段１８をそれぞれ制御する制御信号を第１信号として出力する第１信号生成部２４と、ポンプ駆動インバータ１１、第１変換手段１２、および電力消費手段１９をそれぞれ制御する制御信号を第２信号として出力する第２信号生成部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃとを有する。第１信号生成部２４は、全体制御部１３Ａと連携して第２変換手段１４の動作を制御する第２変換制御部１３Ｄと、全体制御部１３Ａと連携して第３変換手段１６の動作を制御する第３変換制御部１３Ｅと、全体制御部１３Ａと連携して第４変換手段１８の動作を制御する第４変換制御部１３Ｆと、を有する。第２信号生成部３０Ａは、全体制御部１３Ａと連携してポンプ駆動インバータ１１の動作を制御するポンプ制御部１３ＢＡと、全体制御部１３Ａと連携して第１変換手段１２の動作を制御する第１変換制御部１３ＣＡと、全体制御部１３Ａと連携して電力消費手段１９の動作を制御する消費制御部１３ＧＡと、を有する。第２信号生成部３０Ｂも第２信号生成部３０Ａと同様に、ポンプ制御部１３ＢＢと、第１変換制御部１３ＣＢと、消費制御部１３ＧＢと、を有する。第２信号生成部３０Ｃも第２信号生成部３０Ａと同様に、ポンプ制御部１３ＢＣと、第１変換制御部１３ＣＣと、消費制御部１３ＧＣと、を有する。なお、ポンプ制御部１３ＢＡ、１３ＢＢ、１３ＢＣ、および、第１変換制御部１３ＣＡ、１３ＣＢ、１３ＣＣは、少なくとも一つを、それぞれが対応する発電ユニット内に配置してもよい。
【００３９】
本実施の形態では、発電ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃはいずれも、ランキンサイクル装置２、第１変換手段１２、ポンプ駆動インバータ１１、および電力消費手段１９を用いて構成されるものとし、それぞれの第１変換手段１２の出力側、すなわち第１接続点２１で並列接続するように構成されている。
【００４０】
図２は、発電ユニット２０Ａにおける主な回路を示す図である。発電ユニット２０Ａと制御ユニット１３とで送受信される制御信号が伝送する配線は図示を省略する。
【００４１】
図２において、第１変換手段１２は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６で構成される３相の電力変換回路である。図２ではスイッチング素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）で記載しているが、使用する電圧、電流などによっては、ＭＯＳＦＥＴ
（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）など、他のスイッチング素子であっても良い。また、ポンプ駆動インバータ１１も同様にスイッチング素子Ｓ７〜Ｓ１２で構成される３相の電力変換回路である。さらに電力消費手段１９は、ダイオード１９Ａと抵抗器１９Ｂとスイッチング素子Ｓ１３とにより構成されている。
【００４２】
図３は、電力変換ユニット２２における主な回路を示す図である。電力変換ユニット２２と制御ユニット１３とで送受信される制御信号が伝送する配線は図示を省略する。
【００４３】
図３において、第２変換手段１４は、スイッチング素子Ｓ１４〜Ｓ１７で構成される双方向の単相交流／直流変換回路である。同様に第３変換手段１６は、スイッチング素子Ｓ１８〜Ｓ２１で構成される双方向の単相交流／直流変換回路である。第４変換手段１８は、スイッチング素子Ｓ２２〜Ｓ２７で構成される双方向の３相交流／直流変換回路である。また、絶縁手段１５は、適した巻数比１：ｋで１次巻線、２次巻線を構成した高周波用絶縁トランスである。図示した各部のコンデンサ電圧（Ｖｃ１、Ｖｃ２）の適正電圧に応じて、巻数比は決定する。ＣＴ１、ＣＴ２、およびＣＴ３は電流センサである。
【００４４】
次に、図４は制御ユニット１３の全体制御部１３Ａの動作を示すフローチャートである。
【００４５】
全体制御部１３Ａは、初めに温度センサ６からの情報などを基に、熱サイクル条件が整ったか否かを判定する（ＳＴ１）。熱サイクル条件が整った場合、全体制御部１３Ａは、第４変換制御部１３Ｆに制御信号を送り、第４変換手段１８を始動させて、第２接続点１７の電圧Ｖｃ２の目標電圧（Ｖｃ２＿ｒｅｆ）が始動時の電圧（Ｖｎｏｒｍ）となるように制御する（ＳＴ２）。第４変換手段１８は、図３に示した電流センサＣＴ２、ＣＴ３と商用電源電圧とに応じて、ＰＦＣ（Power Factor Correction）制御を行ない、商用電源から電力を受電する。第２接続点１７の電圧Ｖｃ２が目標電圧に到達した後、全体制御部１３Ａは、第３変換制御部１３Ｅに制御信号を送り、第３変換手段１６を始動させて、絶縁手段１５を介して発電ユニット２０Ａ〜２０Ｃへ電力供給するようにスイッチングを開始する。その際の変調は、第１接続点２１の電圧Ｖｃ１の目標電圧（Ｖｃ１＿ｒｅｆ）が始動時の電圧（Ｖｓｔａｒｔ）となるように制御する（ＳＴ３）。
【００４６】
第１接続点２１の電圧Ｖｃ１が上昇して安定した後、全体制御部１３Ａは、ポンプ制御部１３ＢＡ、１３ＢＢ、１３ＢＣに制御信号を送り、各ポンプ駆動インバータ１１を始動させて、各ポンプ３が始動するように各モータ１０を駆動させる（ＳＴ４）。全体制御部１３Ａは、熱サイクル側の各部の圧力または温度の情報を受信して圧力または温度の変化から、モータ１０の回転数上昇、すなわちポンプ３の回転数上昇による熱媒体としての冷媒循環量の増加と、蒸発器４による熱回収量の増加を把握する（ＳＴ５）。全体制御部１３Ａは、熱サイクル側の各部の圧力、温度、モータ１０またはポンプ３の回転数の少なくとも一つの状態の変化から、膨張機５の始動条件を満足したか否かを判断する（ＳＴ６）。全体制御部１３Ａは、膨張機の始動条件を満足したと判断した場合（ＳＴ６：ＹＥＳ）、第１変換制御部１３ＣＡ、１３ＣＢ、１３ＣＣを制御して、第１変換手段１２に、膨張機５および発電機９が発電を開始するように制御させる（ＳＴ７）。第１変換手段１２は、外力によって始動、加速する膨張機５に接続された発電機９を所望の回転数を維持するように制御する。この回転数を維持する制御によって、発電機９の回転数が維持されると共に、電力の回生が開始される。電力の回生が開始すると、第１接続点２１の電圧Ｖｃ１は上昇しようとするため、結果的に第３変換手段１６から絶縁手段１５を介して搬送される電力は減少する。
【００４７】
全体制御部１３Ａは、第３変換手段１６が絶縁手段１５を介して搬送する電力（あるいは電流）の指令値の情報を第３変換制御部１３Ｅから受信し、この指令値の符号が反転し
たか否かを判断する（ＳＴ８）。全体制御部１３Ａは、この指令値の符号が反転したと判断した場合（ＳＴ８：ＹＥＳ）、第３変換制御部１３Ｅに制御信号を送り、第３変換制御部１３Ｅが第３変換手段１６を停止するように制御する（ＳＴ９）。第３変換手段１６が停止したら、全体制御部１３Ａは、第１接続点２１の電圧Ｖｃ１が上昇して所望の電圧Ｖｃ＿Ｌ２を超えたか否かを判断する（ＳＴ１０）。全体制御部１３Ａは、Ｖｃ１がＶｃ＿Ｌ２を超えたと判断した場合（ＳＴ１０：ＹＥＳ）、第２変換制御部１３Ｄに制御信号を送り、第２変換手段１４を始動させて、第１接続点２１の電圧Ｖｃ１の目標電圧（Ｖｃ１＿ｒｅｆ）が制御電圧（Ｖｃ１＿ｎｏｒｍ）となるように制御する（ＳＴ１１）。この制御によって、第１変換手段１２から出力された電力は、第１接続点２１、第２変換手段１４、絶縁手段１５、第３変換手段１６を介して、第２接続点１７に搬送される。第４変換手段１８は、第２接続点１７の電圧が所望の電圧となるように制御されているため、第３変換手段１６からの出力電力は第２接続点１７を介して商用電源へ出力することになる。
【００４８】
一方、商用電源の電圧が上昇した場合または商用電源が遮断された場合など、商用電源側へ電力出力ができない場合、第２接続点１７の電圧は上昇することになる。全体制御部１３Ａは、第２接続点１７の電圧Ｖｃ２＿ｔが所定の電圧Ｖｃ＿Ｈを超えたか否かを判断する（ＳＴ１２）。全体制御部１３Ａは、Ｖｃ２＿ｔがＶｃ＿Ｈを超えたと判断した場合（ＳＴ１２：ＹＥＳ）、発電電力に余剰電力があると判断し、消費制御部１３ＧＡ、１３ＧＢ、１３ＧＣに制御信号を送り、少なくとも一つの電力消費手段１９を始動して、スイッチング素子Ｓ１３を制御して抵抗１９Ｂにて適切な量の電力を消費させる（ＳＴ１３）。少なくとも一つの電力消費手段１９にて電力を消費することで、第２接続点１７の電圧は低下することになる。全体制御部１３Ａは、第２接続点１７の電圧Ｖｃ２＿ｔが所定の電圧Ｖｃ＿Ｈ以下に低下したか否かを判断する（ＳＴ１４）。全体制御部１３Ａは、Ｖｃ２＿ｔがＶｃ＿Ｈ以下に低下したと判断した場合（ＳＴ１４：ＹＥＳ）、駆動していた電力消費手段１９に対応する消費制御部に制御信号を送り、電力消費手段１９を停止させる（ＳＴ１５）。ＳＴ１２〜ＳＴ１５は、システムの停止信号を受信するまで繰り返される。
【００４９】
また、第２変換手段１４が始動する前に、全体制御部１３Ａは、Ｖｃ１がＶｃ＿Ｌ２を超えていないと判断した場合（ＳＴ１０：ＮＯ）、さらに、第１接続点２１の電圧Ｖｃ１が所定の電圧Ｖｃ＿Ｌ１未満に低下したか否かを判断する（ＳＴ１６）。全体制御部１３Ａは、第１接続点２１の電圧Ｖｃ１＿ｔが所定の電圧Ｖｃ＿Ｌ１を下回っていないと判断した場合（ＳＴ１６：ＮＯ）、ＳＴ１０の判断に戻る。全体制御部１３Ａは、第１接続点２１の電圧Ｖｃ１＿ｔが所定の電圧Ｖｃ＿Ｌ１を下回ったと判断した場合（ＳＴ１６：ＹＥＳ）、第３変換制御部１３Ｅに制御信号を送り、第３変換制御部１３Ｅが第３変換手段１６を再始動するように制御する（ＳＴ１７）。第３変換手段１６が再始動したら、全体制御部１３Ａは、ＳＴ８の判断に戻る。このようにして、第１接続点２１の電圧がＶｃ＿Ｌ１を下回らないように、不足電力は絶縁手段１５を介して供給される。ここで、第３変換手段１６の始動時の電圧Ｖｓｔａｒｔは、所定の電圧Ｖｃ＿Ｌ１よりも高電圧であり、所定の電圧Ｖｃ＿Ｌ２よりも低電圧である。
【００５０】
図５Ａは制御ユニット１３におけるポンプ制御部１３ＢＡを示すブロック図である。ポンプ制御部１３ＢＢ、１３ＢＣは、ポンプ制御部１３ＢＡと同様の構成のため、説明を省略する。
【００５１】
図５Ａにおいて、ポンプ制御部１３ＢＡは、全体制御部１３Ａから入力されたポンプ３の指令回転数（Ｐｒｐｍ＿ｒｅｆ）と現在の回転数（Ｐｒｐｍ＿ｔ）との偏差を演算し、演算結果を比例積分制御器に入力して目標電流（Ｉｐｑ＿ｒｅｆ）を演算する。次に、演算した目標電流と現在の電流（Ｉｐｑ＿ｔ）との偏差を演算し、指令電圧（Ｖｐｑ＿ｒｅｆ）を演算する。そして、２相／３相変換部、変調信号生成部、搬送波比較部を介してポ
ンプ駆動インバータ１１へ出力し、スイッチング素子Ｓ７〜Ｓ１２を制御して、モータ１０およびポンプ３を所望の回転数に制御する。
【００５２】
図５Ｂは制御ユニット１３における第１変換制御部１３ＣＡを示すブロック図である。第１変換制御部１３ＣＢ、１３ＣＣは、第１変換制御部１３ＣＡと同様の構成のため、説明を省略する。
【００５３】
図５Ｂにおいて、第１変換制御部１３ＣＡは、全体制御部１３Ａから入力された膨張機５の指令回転数（Ｅｒｐｍ＿ｒｅｆ）と現在の回転数（Ｅｒｐｍ＿ｔ）との偏差を演算し、演算結果を比例積分制御器に入力して目標電流（Ｉｅｑ＿ｒｅｆ）を演算する。次に、演算した目標電流と現在の電流（Ｉｅｑ＿ｔ）との偏差を演算し、指令電圧（Ｖｅｑ＿ｒｅｆ）を演算する。そして、２相／３相変換部、変調信号生成部、搬送波比較部を介して第１変換手段１２へ出力し、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御して、発電機９および膨張機５を所望の回転数に制御する。
【００５４】
図６は制御ユニット１３における第２変換制御部１３Ｄを示すブロック図である。
【００５５】
図６において、第２変換制御部１３Ｄは、全体制御部１３Ａから入力された第１接続点２１の指令電圧（Ｖｃ１＿ｒｅｆ）と現在の電圧（Ｖｃ１＿ｔ）との偏差を演算し、演算結果を比例積分制御器に入力して目標電流（Ｉｃ１＿ｒｅｆ）を演算する。次に、演算した目標電流と現在の電流（Ｉｃ１＿ｔ）との偏差を演算し、指令電圧（Ｖｏ１＿ｒｅｆ）を演算する。そして、第１接続点２１の現在の電圧（Ｖｃ１＿ｔ）で除算し、制限器を介して変調率（ｍ＿ｃ２ｇ）をセットする。セットされた変調率は搬送波信号（ｃａｒｒｙ１）と比較されて、第２変換手段１４のスイッチング素子Ｓ１４〜Ｓ１７を制御する。ここで、指令電圧（Ｖｃ１＿ｒｅｆ）が現在の電圧（Ｖｃ１＿ｔ）よりも高い場合、偏差は負の値となり、スイッチング素子Ｓ１４〜Ｓ１７はスイッチングしないように制限する。
【００５６】
図７は制御ユニット１３における第３変換制御部１３Ｅを示すブロック図である。
【００５７】
図７において、第３変換制御部１３Ｅは、全体制御部１３Ａから入力された第１接続点２１の指令電圧（Ｖｃ１＿ｒｅｆ）と現在の電圧（Ｖｃ１＿ｔ）との偏差を演算し、演算結果を比例積分制御器に入力して目標電流（Ｉｃ１＿ｒｅｆ）を演算する。次に、演算した目標電流と現在の電流（Ｉｃ１＿ｔ）との偏差を演算し、指令電圧（Ｖｏ２＿ｒｅｆ）を演算する。そして、第２接続点１７の現在の電圧（Ｖｃ２＿ｔ）で除算し、制限器を介して変調率（ｍ＿ｇ２ｃ）をセットする。セットされた変調率は搬送波信号（ｃａｒｒｙ１）と比較されて、第３変換手段１６のスイッチング素子Ｓ１８〜Ｓ２１を制御する。ここで、指令電圧（Ｖｃ１＿ｒｅｆ）が現在の電圧（Ｖｃ１＿ｔ）よりも低い場合、偏差は負の値となり、スイッチング素子Ｓ１８〜Ｓ２１はスイッチングしないように制限する。
【００５８】
図８は制御ユニット１３における第４変換制御部１３Ｆを示すブロック図である。
【００５９】
図８において、第４変換制御部１３Ｆは、全体制御部１３Ａから入力された第２接続点１７の指令電圧（Ｖｃ２＿ｒｅｆ）と現在の電圧（Ｖｃ２＿ｔ）との偏差を演算し、演算結果を比例積分制御器に入力して目標電流（Ｉｑ０＿ｒｅｆ）を演算する。また、３相交流電源のうち、いずれか２相分の相電流検出値（Ｉａｃ１＿ｔ、Ｉａｃ２＿ｔ）と、相間電圧から位相変換した相電流検出値とを合わせてｄｑ変換し、現在のｑ軸電流（Ｉｑ０＿ｔ）を演算する。演算した目標電流（Ｉｑ０＿ｒｅｆ）と現在のｑ軸電流（Ｉｑ０＿ｔ）との偏差を演算して比例積分制御器へ入力し、指令電圧（Ｖｑ０＿ｒｅｆ）を出力する。その後、指令電圧（Ｖｑ０＿ｒｅｆ）は、第２接続点１７の現在の電圧（Ｖｃ２＿ｔ）で除算され、制限器を介して変調率（ｍ＿ｃ２ｇ）が演算される。その後、３相変換処理を
して搬送波（ｃａｒｒｙ２）と比較し、スイッチング信号を生成する。生成した変調信号は、ゲートドライバ（Ｄｒｉ）を介してスイッチング素子Ｓ２２〜Ｓ２７に出力されて第４変換手段１８を制御し、商用電源に対して所望の電力出力、あるいは商用電源から所望の電力入力を行う。
【００６０】
図９は制御ユニット１３における消費制御部１３ＧＡを示すブロック図である。消費制御部１３ＧＢ、１３ＧＣは、消費制御部１３ＧＡと同様の構成のため、説明を省略する。
【００６１】
図９において、消費制御部１３ＧＡは、全体制御部１３Ａから入力された第１接続点２１の上限電圧（Ｖｃ＿Ｈ）と検出した第１接続点２１の現在の電圧（Ｖｃ１＿ｔ）との偏差を演算する。その演算結果を比例積分制御器に入力して所定のゲインを乗算し、更に現在の電圧（Ｖｃ１＿ｔ）で除算することで変調率を演算する。演算した変調率は、搬送波信号（ｃａｒｒｙ１）と比較されて、電力消費手段１９のスイッチング素子Ｓ１３を制御する。ここで、上限電圧（Ｖｃ＿Ｈ）が現在の電圧（Ｖｃ１＿ｔ）よりも高い場合、偏差は負の値となり、スイッチング素子Ｓ１３はスイッチングしないように制限する。
【００６２】
かかる構成によれば、複数の発電ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、各第１変換手段１２を介して第１接続点２１にて並列接続し、発電ユニット２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの発電電力の合計電力によって第１接続点２１の電圧が変動することとなる。通常は、その電圧変動に応じて、第２変換手段１４、第３変換手段１６、第４変換手段１８を制御し、発電装置１の余剰電力を商用電源へ送電することとなる。この場合、第１接続点２１に接続された補機であるポンプ駆動インバータ１１は、発電電力を交流電力に変換する前にモータ１０へ直接給電することができる。一方、上記電圧変動が大きいために上記合計電力が所定の電力量を超えた場合には、少なくとも１つの電力消費手段が、発電電力の一部を消費するように動作し、発電装置全体として高効率な運転となるように、制御装置である制御ユニットが発電装置全体を制御する。
【００６３】
本実施の形態によれば、分散した小規模の熱源に対して、熱源の立ち上がりタイミングに違いがあっても、そのタイミングに応じて順に発電を開始することができ、立ち上がりの早い発電ユニットで発電した電力を立ち上がりの遅い発電ユニットの補機へ直接給電することができる。このため、発電電力を一旦交流電力に変換して商用電源に出力し、更に商用電源からの交流電力を再度直流電力に変換するというステップを経ることがなく、高効率な発電装置を構成することができる。また、全ての発電ユニットの合計電力を、一つの電力変換ユニット２２を介して商用電源へ送電するため、構成の簡略化が図れ、より安価な発電装置を提供することが可能となる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いたが、使用する電圧、電流、あるいは駆動周波数などによっては、ＭＯＳＦＥＴなど他のスイッチング素子であっても良い。
【００６５】
また、いずれの実施の形態でも、発電手段としてランキンサイクル発電装置を用いて説明したが、風力発電装置などの異なるタイプの発電装置を用いることも可能である。
【００６６】
また、いずれの実施の形態でも、電力消費手段は、ダイオード、抵抗器、およびスイッチング素子Ｓ１３を用いて構成されるものを示したが、これに限定されるものではない。必要なタイミングで必要な量の電力を消費できるものであればよい。
【００６７】
さらに、本開示においては、発電装置を制御する制御装置である制御ユニット１３の内部の各部を、具体的な制御ブロックで示したが、本開示における一例であり、これに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本開示は、工場からの排熱または温泉の源泉等の熱エネルギーから電力を生成する未利用熱の有効活用のような用途に対して適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１  発電装置
２  ランキンサイクル装置
３  ポンプ
４  蒸発器
５  膨張機
６  温度センサ
７  バイパス弁
８  凝縮器
９  発電機
１０  モータ
１１  ポンプ駆動インバータ（補機）
１２  第１変換手段
１３  制御ユニット
１３Ａ  全体制御部
１３ＢＡ  ポンプ制御部
１３ＢＢ  ポンプ制御部
１３ＢＣ  ポンプ制御部
１３ＣＡ  第１変換制御部
１３ＣＢ  第１変換制御部
１３ＣＣ  第１変換制御部
１３Ｄ  第２変換制御部
１３Ｅ  第３変換制御部
１３Ｆ  第４変換制御部
１３ＧＡ  消費制御部
１３ＧＢ  消費制御部
１３ＧＣ  消費制御部
１４  第２変換手段
１５  絶縁手段
１６  第３変換手段
１７  第２接続点
１８  第４変換手段
１９  電力消費手段
２０Ａ  発電ユニット
２０Ｂ  発電ユニット
２０Ｃ  発電ユニット
２１  第１接続点
２２  電力変換ユニット
２３  主機
２４  第１信号生成部
３０Ａ  第２信号生成部
３０Ｂ  第２信号生成部
３０Ｃ  第２信号生成部
Ｓ１  スイッチング素子
Ｓ２  スイッチング素子
Ｓ３  スイッチング素子
Ｓ４  スイッチング素子
Ｓ５  スイッチング素子
Ｓ６  スイッチング素子
Ｓ７  スイッチング素子
Ｓ８  スイッチング素子
Ｓ９  スイッチング素子
Ｓ１０  スイッチング素子
Ｓ１１  スイッチング素子
Ｓ１２  スイッチング素子
Ｓ１３  スイッチング素子
Ｓ１４  スイッチング素子
Ｓ１５  スイッチング素子
Ｓ１６  スイッチング素子
Ｓ１７  スイッチング素子
Ｓ１８  スイッチング素子
Ｓ１９  スイッチング素子
Ｓ２０  スイッチング素子
Ｓ２１  スイッチング素子
Ｓ２２  スイッチング素子
Ｓ２３  スイッチング素子
Ｓ２４  スイッチング素子
Ｓ２５  スイッチング素子
Ｓ２６  スイッチング素子
Ｓ２７  スイッチング素子
ＣＴ１  電流センサ
ＣＴ２  電流センサ
ＣＴ３  電流センサ
【図１】
2019213416.tif 000003
【図２】
2019213416.tif 000004
【図３】
2019213416.tif 000005
【図４】
2019213416.tif 000006
【図５Ａ】
2019213416.tif 000007
【図５Ｂ】
2019213416.tif 000008
【図６】
2019213416.tif 000009
【図７】
2019213416.tif 000010
【図８】
2019213416.tif 000011
【図９】
2019213416.tif 000012
【図１０】
2019213416.tif 000013
【図１１】
2019213416.tif 000014