(57)【要約】【課題】負荷設備の変動があっても、発電機出力＜負荷の総需要電力の不等式を確実に維持し、かつ発電機の発電効率を向上する。【解決手段】負荷設備１０の稼働時間帯を細部に検討し、相対的に負荷変動が小さい時間帯（第１の領域）と、相対的に負荷変動が大きい時間帯（第２の領域）とに区分することで、それぞれの領域に見合った発電出力を設定した。第１の領域では商用電源１４からの受電電力と発電装置１６による発電電力との差が少ない、相対的に低い値の第１の所定値を記憶しておく。第２の領域では商用電源１４からの受電電力と発電装置１６による発電電力との差が多い、相対的に高い値の第２の所定値を記憶しておく。稼働時間帯によって、記憶した第１の所定値又は第２の所定値を読み出して受電電力所定値として設定することで、稼働時間帯に応じた最大の発電能力を発揮させることができる。【選択図】図５
2019092235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源に対して逆潮流無しの設定で系統連系された発電装置の運転を制御する発電制御装置であって、
相対的に負荷変動が小さい第１の領域と、相対的に負荷変動が大きい第２の領域との少なくとも２つの領域に区分された負荷設備の稼働時間帯について、前記第１の領域における前記商用電源からの受電電力である第１の所定値と、前記第２の領域における前記商用電源からの受電電力であり前記第１の所定値よりも高い値の第２の所定値と、を記憶する記憶手段と、
前記負荷設備の稼働時間帯の領域の判定結果に基づき、第１の所定値又は第２の所定値の何れかを前記記憶手段から読み出して、受電電力所定値に設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された前記受電電力所定値以上を維持するように前記発電装置の発電出力を制御する制御手段と、
を有する発電制御装置。
【請求項２】
前記制御手段が、
負荷設備の総負荷電力の平均値と前記受電電力所定値とから前記発電装置の発電出力を演算する演算部と、前記発電装置へ演算部で演算された発電出力を指示する指示部と、指示部で指示された発電出力で発電する実行部と、を備えることを特徴とする請求項１記載の発電制御装置。
【請求項３】
負荷変動履歴に基づいて、前記稼働時間帯を区分することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統連系された発電装置の運転を制御する発電制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電力系統と連系する発電設備において、連系運転中であることを条件に大容量負荷停止命令を出力する論理積回路と、この論理積回路からの大容量負荷停止命令により停止される大容量負荷の容量分だけ発電機出力を減少させる発電機制御装置と、発電機出力電圧、電流から発電機出力の減少を検出して大容量負荷停止命令を出力する発電機減少出力装置を設けて、大容量負荷停止直前に該大容量負荷の容量に見合った分だけ発電機出力を減少させて、逆電力又は不足電力の発生を防止することが記載されている。
【０００３】
特許文献１によれば、電力系統を連系する発電設備において、大幅に変動する負荷があっても受電電力制御の設定幅を拡げることなく、逆電力又は不足電力現象を防止することができる。
【０００４】
特許文献２には、商用電源と連系運転される発電機の系統連系運転方式において、電力負荷の減少を検出する負荷変動検出手段と、電力負荷が減少したとき所定の演算式に基づいて最低買電電力を演算する演算手段と、演算した最低買電電力に基づいて発電機の発電出力を制御する発電出力制御手段とを有することを特徴とする発電機の系統連系運転方式が記載されている。
【０００５】
特許文献２によれば、逆潮流方式を採用せずに発電機と商用電源系統とを系統連系するにあたり、最低買電電力をできるだけ少なくして省エネルギー及びランニングコストの低減を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１２３５９６号公報
【特許文献２】特開平６−１７８４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
逆潮流無し要件で系統連系された発電機を運転する場合、発電機出力＜構内負荷設備の総需要電力の不等式を確実に満たす必要がある。
【０００８】
このため、一定以上の受電電力を確保するように、発電機出力を制御しているが、この一定以上の受電電力は、負荷変動（特に、急激な負荷低下）があっても、逆潮流しないように余裕を持たせているため、発電機は、十分な発電能力を発揮することができない。
【０００９】
例えば、特許文献１では、大容量負荷の停止命令について記載されているが、大容量負荷を特定する手段及びリアルタイムに発電機出力に反映させる手段について明記されていない。
【００１０】
また、特許文献２には、電力負荷が減少したときに最低買電電力（受電電力に相当）を演算することが記載されているが、予測が困難な電力負荷の変動のリアルタイムの検出について明記されていない。
【００１１】
本発明は、負荷設備の変動があっても、発電機出力＜負荷の総需要電力の不等式を確実に維持し、かつ発電機の発電効率を向上することができる発電制御装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、商用電源に対して逆潮流無しの設定で系統連系された発電装置の運転を制御する発電制御装置であって、相対的に負荷変動が小さい第１の領域と、相対的に負荷変動が大きい第２の領域との少なくとも２つの領域に区分された負荷設備の稼働時間帯について、前記第１の領域における前記商用電源からの受電電力である第１の所定値と、前記第２の領域における前記商用電源からの受電電力であり前記第１の所定値よりも高い値の第２の所定値と、を記憶する記憶手段と、前記負荷設備の稼働時間帯の領域の判定結果に基づき、第１の所定値又は第２の所定値の何れかを前記記憶手段から読み出して、受電電力所定値に設定する設定手段と、前記設定手段で設定された前記受電電力所定値以上を維持するように前記発電装置の発電出力を制御する制御手段と、を有している。
【００１３】
本発明によれば、記憶手段には、負荷設備の稼働時間帯を、少なくとも、相対的に負荷変動が小さい第１領域と、相対的に負荷変動が大きい第２の領域とに区分した上で、前記第１の領域における前記商用電源からの受電電力である第１の所定値と、前記第２の領域における前記商用電源からの受電電力であり前記第１の所定値よりも高い値の第２の所定値と、が記憶されている。
【００１４】
設定手段では、負荷設備の稼働時間帯の領域の判定結果に基づき、第１の所定値又は第２の所定値の何れかを記憶手段から読み出して、受電電力所定値に設定する。
【００１５】
制御手段では、設定手段で設定された受電電力所定値以上を維持するように前記発電装置の発電出力を制御する。
【００１６】
すなわち、負荷変動が小さい第１の領域では、所定値を相対的に低く設定しても逆潮流無しの状態を維持することができ、その分、発電電力を高めることができる。
【００１７】
一方、負荷変動が大きい第２の領域では、所定値を相対的に高くすることで、逆潮流無しの状態を維持することができる。
【００１８】
以上本発明よれば、負荷設備の負荷変動時間帯に応じて受電電力制御値を変更でき、かつ、発電装置の発電能力を最大限発揮することができる。
【００１９】
本発明において、前記制御手段が、負荷設備の総負荷電力の平均値と前記受電電力所定値とから前記発電装置の発電出力を演算する演算部と、前記発電装置へ演算部で演算された発電出力を指示する指示部と、指示部で指示された発電出力で発電を制御する発電実行部と、を備えることを特徴としている。
【００２０】
負荷設備の総負荷電力の平均値と受電電力所定値とから発電装置の発電出力を演算する。負荷変動幅は負荷設備の種類に基づき予測可能であり、第１の領域及び第２の領域のそれぞれにおいて、総負荷電力の平均値と受電電力所定値との差分を発電出力として指示することで、逆潮流無しの状態を維持することができる。
【００２１】
本発明において、負荷変動履歴に基づいて、前記稼働時間帯を区分することを特徴としている。
【００２２】
一般的な負荷設備を持つ構内において、例えば、負荷設備の稼働開始期間では、全ての負荷が稼働することは少ない（稼働ウォームアップ期間等）。また、負荷設備の稼働終了期間においても、全ての負荷の稼働することは少ない（稼働クールダウン期間等）。
【００２３】
一方、上記、稼働開始期間及び稼働終了期間の間は、負荷設備はフル稼働することが多い。
【００２４】
そこで、稼働開始期間及び稼働終了期間を、負荷変動が小さい第１の領域に区分し、稼働開始期間及び稼働終了期間の間を、負荷変動が大きい第２の領域に区分することは、受電電力所定値を異ならせる区分として、単純かつ精度が高い区分手段ということができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明した如く本発明では、負荷設備の変動があっても、発電機出力＜負荷の総需要電力の不等式を確実に維持し、かつ発電機の発電効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態に係る負荷設備に電力を供給するための電源装置の概略図である。
【図２】本実施の形態に係る発電制御装置の概略を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態に係る発電制御装置での発電制御を機能別に示す機能ブロック図である。
【図４】本実施の形態に係る発電制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】（Ａ）は本実施の形態の電力遷移図、（Ｂ）は比較例（従来）の電力遷移図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１には、複数の発電制御対象デバイス(総称して、負荷設備１０というに電力を供給するための電源装置１２の概略図が示されている。発電制御対象デバイスは、それぞれ消費電力が異なっており、稼働時の組み合わせで総需要負荷電力が異なる場合がある。
【００２８】
電源装置１２には、商用電源１４から電力（商用電力という場合がある）が供給され、この商用電源１４からの電力が負荷設備１０に供給されるようになっている。
【００２９】
商用電源１４は、第１スイッチＳＷ１を介して負荷設備１０に接続されている。なお、本実施の形態では、基本的に第１スイッチＳＷ１は、常時オンとされる。
【００３０】
第１スイッチＳＷ１と負荷設備１０との間は、第２スイッチＳＷ２の一方の接点に接続されている。
【００３１】
第２スイッチＳＷ２の他方の接点は、系統連系された発電装置に接続されている。本実施の形態における発電装置１６では、発電源の再生可能エネルギー発電デバイスとして、太陽光発電部１８が適用されている。
【００３２】
また、発電装置１６は、インバータ２０を備えており、インバータ２０の入力端には、太陽光発電部１８と、太陽光発電部１８で発電した電力を一時的に蓄積する蓄電部２２とが接続されている。
【００３３】
なお、本実施の形態では、再生可能エネルギー発電装置として、太陽光発電部１８を適用しているが、インバータ２０を用いて他の再生可能エネルギー（例えば、風力、バイオマス、水力等）で発電するものであれば、太陽光発電部１８に限定されるものではない。
【００３４】
インバータ２０は、一般的には、直流電力を、目的とする電圧及び周波数（例えば、１００Ｖ／５０Ｈｚ、２００Ｖ／６０Ｈｚ等）の交流に変換する（インバータ回路）ものであり、本実施の形態では、太陽光発電部１８で発電された直流電力、及び蓄電部２２で放電する直流電力を交流電力に変換する。
【００３５】
発電装置１６は、制御装置２４によって制御される。すなわち、制御装置２４は、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、及び太陽光発電部１８、インバータ２０、及び蓄電部２２のそれぞれの状態を制御する。
【００３６】
図２に示される如く、制御装置２４はマイクロコンピュータ２６を備えている。マイクロコンピュータ２６は、ＣＰＵ２６Ａ、ＲＡＭ２６Ｂ、ＲＯＭ２６Ｃ、入出力（Ｉ／Ｏ）ポート２６Ｄ、及びこれらを接続するデータバスやコントロールバス等のバス２６Ｅを有している。
【００３７】
Ｉ／Ｏ２６Ｄには、Ｉ／Ｆ２８を介して太陽光発電部１８が接続され、Ｉ／Ｆ３０を介してインバータ２０が接続され、Ｉ／Ｆ３２を介して蓄電部２２が接続されている。
【００３８】
また、Ｉ／Ｏ２６Ｄには、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、及び記憶装置３４が接続されている。なお、記憶装置３４としてはハードディスクが適用可能である。また、ＳＤカードに代表される他の記憶装置であってもよい。
【００３９】
さらに、Ｉ／Ｏ２６Ｄには情報受信部３６が接続されており、発電制御のための情報として、時刻情報を受信するようになっている。
【００４０】
制御装置２４では、ＲＯＭ２６Ｃに予め記憶された制御プログラムに基づいて、インバータ２０を制御して、太陽光発電部１８により発電された電力、或いは、蓄電部２２に予め蓄電した電力を、逆潮流無しで商用電源１４からの電力と系統連系して、負荷設備１０へ供給する機能が実行される。
【００４１】
なお、制御プログラムは、ＲＯＭ２６Ｃに限らず、記憶装置３４又は図示しないＩＣメモリ等に記憶するようにしてもよい。
【００４２】
ところで、発電装置１６における発電は、全て負荷設備１０で消費されることを前提として、言い換えれば、逆潮流無し要件で系統連系されて運転することが必須となる。数式では、発電装置１６の出力＜負荷設備１０の消費電力（総需要負荷電力）の不等式を満たす制御が必要である。
【００４３】
一方、負荷設備１０の負荷は、ある程度の変動幅を持っているため、負荷変動、例えば、急激な負荷低下があっても、逆潮流しないように余裕を持たせなければならなかった。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、負荷設備１０の稼働時間帯を細部に検討し、相対的に負荷変動が小さい時間帯（第１の領域）と、相対的に負荷変動が大きい時間帯（第２の領域）とに区分することで、それぞれの領域に見合った発電出力を設定するようにした。
【００４５】
より具体的には、本実施の形態では、以下の予測に基づき、稼働時間帯を領域区分した。
【００４６】
（予測１）  負荷設備の稼働時間帯の内、稼働開始期間は負荷設備のウォームアップが主体であり、フル稼働はしない。本実施の形態では、従業員が出勤してから規定就業時間帯（午前８時から午後５時）の開始時刻まで程度であり、午前０時から午前８時までの予め定めた時間帯（従業員の出勤時刻に依存）とした。
【００４７】
（予測２）  負荷設備の稼働時間帯の内、稼働終了期間は負荷設備のクールダウンが主体であり、フル稼働はしない。本実施の形態では、規定就業時間帯（午前８時から午後５時）の終了時刻から従業員が帰宅する時刻まで程度であり、午後５時から午後２４時（＝午前０時）までの予め定めた時間帯（従業員の帰宅時刻に依存）とした。
【００４８】
（予測３）  規定就業時間帯（午前８時から午後５時）は、負荷設備１０がフル稼働する。
【００４９】
上記予測１及び予測２に基づき、第１の領域では負荷設備１０の消費電力と発電装置１６による発電電力との差が少ない、相対的に低い値の第１の所定値を記憶しておく。一方、上記予測３に基づき、第２の領域では負荷設備１０の消費電力と発電装置１６による発電電力との差が多い、相対的に高い値の第２の所定値を記憶しておく。
【００５０】
稼働時間帯によって、記憶した第１の所定値又は第２の所定値を読み出して受電電力所定値として設定することで、稼働時間帯に応じた最大の発電能力を発揮させることができる。
【００５１】
図３は、発電装置１６の制御装置２４における発電制御を、機能別に示した制御ブロック図である。なお、各ブロックは、制御装置２４のハード構成を限定するものではなく、一部又は全部を予め記憶した制御プログラムの実行の下で処理するようにしてもよい。
【００５２】
所定値メモリ５０は、受電電力所定値設定部５２に接続されている。所定値メモリ５０としては、図２に示す記憶装置３４が適用可能である。
【００５３】
所定値メモリ５０には、第１の所定値及び第２の所定値が予め記憶されている。第１の所定値と第２の所定値の具体的数値は、負荷設備１０の負荷電力に依存するものであり、第１の所定値＜第２の所定値の関係であれば、特に限定されるものではない。なお、第１の所定値が低ければ低いほど、発電能力の向上が見込まれる。
【００５４】
受電電力所定値設定部５２は、時刻認識部５４から領域区分状態を受けることで、前記所定値メモリ５０から第１の所定値又は第２の所定値を読み出し、受電電力所定値として設定する。
【００５５】
時刻認識部５４は、情報受信部３６を介して稼働時刻情報が入力され、領域区分が実行される。
【００５６】
領域区分は、前述した予測１〜予測３に基づいて実行される。一例として、午後５時から午後２４時（＝午前０時）までの予め定めた時間帯、並びに、午後５時から午後２４時（＝午前０時）までの予め定めた時間帯（従業員の帰宅時刻に依存）を第１の領域とし、午前８時から午後５時を第２の領域とする。
【００５７】
受電電力所定値設定部５２は、発電出力演算部５８に接続されている。受電電力所定値設定部５２は、当該発電出力演算部５８へ、設定した受電電力所定値の情報を送出する。
【００５８】
発電出力演算部５８は、総需要負荷電力平均値メモリ６０が接続されている。総需要負荷電力平均値メモリ６０には、予め負荷設備１０に基づく総需要負荷電力の平均値(図５（Ａ）の点線参照)が記憶されている。なお、総需要負荷電力平均値メモリ６０としては、図２に示す記憶装置３４が適用可能である。
【００５９】
発電出力演算部５８では、受電電力所定値と、総需要負荷電力平均値と、に基づき、逆潮流しない発電出力が演算される。
【００６０】
発電出力演算部５８は、発電出力指示部６２に接続されている。発電出力演算部５８は、演算結果、すなわち発電出力を、発電出力指示部６２へ送出する。
【００６１】
発電出力指示部６２は、受け取った発電出力に基づいて、発電実行部６４を制御して、発電装置１６による発電を実行する。
【００６２】
以下に、本実施の形態の作用を、図４のフローチャートに基づき、説明する。
【００６３】
ステップ１００では、現在時刻（稼働時刻情報）を読み出す。
【００６４】
次のステップ１０２では、読み出した現在時刻に基づいて、稼働時間帯が、負荷変動が小さい第１の領域か、負荷変動が大きい第２の領域かを判別する。
【００６５】
このステップ１０２で、負荷変動が小さい、第１の領域と判定された場合は、ステップ１０４へ移行して、負荷変動状態切替時期か否かを判断する。このステップ１０４で否定判定された場合はステップ１２４へ移行する。また、ステップ１０４で肯定判定されると、ステップ１０６へ移行して、所定値メモリ５０から、第１の所定値を読み出して、受電電力を一定に制御する所定値（受電電力所定値）として設定する。
【００６６】
次のステップ１０８では、総需要負荷電力平均値メモリ６０から負荷設備１０の総需要負荷電力の平均値を読み出し、次いでステップ１１０へ移行して、第１の所定値に基づき、太陽光発電部１８の発電電力を演算し、ステップ１１２へ移行する。
【００６７】
ステップ１１２では、ステップ１１０で演算した発電電力での発電を指示し、ステップ１２４へ移行する。
【００６８】
一方、ステップ１０２で、負荷変動が大きい、第２の領域と判定された場合は、ステップ１１４へ移行して、負荷変動状態切替時期か否かを判断する。このステップ１１４で否定判定された場合はステップ１２４へ移行する。また、ステップ１１４で肯定判定されると、ステップ１１６へ移行して、所定値メモリ５０から、第２の所定値を読み出して、受電電力を一定に制御する所定値（受電電力所定値）として設定する。
【００６９】
次のステップ１１８では、総需要負荷電力平均値メモリ６０から負荷設備１０の総需要負荷電力の平均値を読み出し、次いでステップ１２０へ移行して、第２の所定値に基づき、太陽光発電部１８の発電電力を演算し、ステップ１２２へ移行する。
【００７０】
ステップ１２２では、ステップ１２０で演算した発電電力での発電を指示し、ステップ１２４へ移行する。
【００７１】
ステップ１２４では、稼働時間が終了したか否かを判断し、否定判定された場合は、ステップ１００へ戻り、上記工程を繰り返す。また、ステップ１２４で肯定判定された場合は、このルーチンは終了する。
【００７２】
図５（Ａ）は、本実施の形態に係る発電装置１２での発電制御による電力推移図である。なお、図５（Ｂ）は、稼働時間帯に関わらず、総負荷電力平均値と発電電力との差である所定値を一定とした場合の比較例である。
【００７３】
図５（Ｂ）に示す比較例では、所定値が固定であるため、負荷変動が大きい稼働時間帯において逆潮流は防止できるものの、負荷変動が小さい稼働時間帯では、商用電源１４からの受電電力が多くなり、その分、太陽光発電部１８の発電能力が発揮できない状況となっている。
【００７４】
これに対して、図５（Ａ）に示される如く、本実施の形態では、負荷変動が小さい稼働時間帯と、負荷変動が大きい稼働時間帯とで、異なる所定値（第１の所定値、第２の所定値）を記憶しておき、現在の稼働時間帯に応じて受電電力所定値を切り替えるようにした。
【００７５】
このため、負荷変動が大きい稼働時間帯において逆潮流は防止できることはもちろん、全ての稼働時間帯において、商用電源１４からの受電電力を必要最小限とすることができ、その分、太陽光発電部１８の発電能力を最大限発揮することができる。
【００７６】
なお、本実施の形態では、稼働時間帯に基づき、２種類の所定値を記憶するようにしたが、例えば、長期間の学習によって、負荷設備１０の稼働状況の詳細が判明した場合は、当該詳細な稼働時間帯の区分によって所定値を割り当てるようにしてもよい。その際、所定値として、３種類以上の所定値を記憶しておいてもよいし、その都度計算するようにしてもよい。
【００７７】
総じて、本発明では、負荷設備１０の過去の稼働状況情報（リアルタイムな情報を含む）をフィードバックして最適な所定値を設定する構成であれば、所定値の種類、数値、稼働時間帯の区分は、上記した実施の形態に限定されるものではない。
【００７８】
また、本実施の形態では、太陽光発電部１８を主体とした再生可能エネルギーを用いた発電装置１６を例示したが、コージェネレション等の他の発電装置であってもよい。
【００７９】
以下に適用可能な発電装置の一部を列挙する。なお、適用可能な発電装置は、列挙した発電装置に限定されるものではない。
【００８０】
（１）  ガスエンジン
ガスを燃料として使用する往復動機関（レシプロエンジン）であり、燃焼によって得られたエネルギーを回転運動に変換して発電機を回転させて発電する。
【００８１】
（２）  ガスタービン
燃焼器で精製した高温燃焼ガスによりタービンを回転させ、その回転力で発電機を回転させて発電する。
【００８２】
（３）  コンバインドサイクル
ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電方式で、ガスタービンの廃熱から蒸気を発生させ、この蒸気で蒸気タービンを回して発電を行う。
【００８３】
（４）  その他「固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）」
ＰＥＦＣは、燃料が持つ化学エネルギーを熱エネルギーや運動エネルギーに変換することなく直接電気エネルギーに変換する。
【００８４】
ＳＯＦＣは、酸素イオンを透過するセラミックスの電解質を持ち、ＰＥＦＣと異なり、ＣＯを含む燃料ガスも仕様可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１０    負荷設備
１２    電源装置
１４    商用電源
ＳＷ１    第１スイッチ
ＳＷ２    第２スイッチ
１６    発電装置（発電制御装置）
１８    太陽光発電部
２０    インバータ
２２    蓄電部
２４    制御装置
２６    マイクロコンピュータ
２６Ａ    ＣＰＵ
２６Ｂ    ＲＡＭ
２６Ｃ    ＲＯＭ
２６Ｄ    入出力（Ｉ／Ｏ）ポート
２６Ｅ    バス
２８    Ｉ／Ｆ
３０    Ｉ／Ｆ
３２    Ｉ／Ｆ
３４    記憶装置
３６    情報受信部
５０    所定値メモリ（記憶手段）
５２    受電電力所定値設定部(設定手段)
５４    時刻認識部
５８    発電出力演算部(演算部)
６０    総需要負荷電力平均値メモリ
６２    発電出力指示部（指示部）
６４    発電実行部（実行部)
【図１】
2019092235.tif 000003
【図２】
2019092235.tif 000004
【図３】
2019092235.tif 000005
【図４】
2019092235.tif 000006
【図５】
2019092235.tif 000007