(57)【要約】【課題】蓄電池のコストを抑え、かつ良好な応答性を有するハイブリッド発電システムを提供する。【解決手段】第１ディーゼル発電機１０は、常時動作し、一定周波数の交流電力を負荷へ出力すると、第２ディーゼル発電機１１は、電力不足に高速に応答して電力を負荷へ出力する。ＤＣバス４は、ソーラパネル１、蓄電池３、および第２ディーゼル発電機１１の電力を伝送する。制御部１２は、分散電源１の発電量の変化または負荷７で要求される電力の変化に従って、蓄電池３、第１ディーゼル発電機１０、および第２ディーゼル発電機１１を制御する。【選択図】図１
2015056942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギを用いて電力を生成し、負荷へ供給する分散電源と、
電力を前記負荷へ供給する蓄電池と、
常時動作し、一定周波数の交流電力を前記負荷へ出力する第１のエンジン発電機と、
電力不足に高速に応答して電力を前記負荷へ出力する第２のエンジン発電機と、
前記分散電源、前記蓄電池、および前記第２のエンジン発電機の電力を伝送する直流バスと、
前記直流バスと前記負荷との間に設けられた双方向ＤＣ／ＡＣインバータと、
前記分散電源の発電量の変化または前記負荷で要求される電力の変化に従って、前記蓄電池、前記第１のエンジン発電機、および前記第２のエンジン発電機を制御する制御部とを備える、ハイブリッド発電システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記分散電源の発電量の低下量が所定値以上となると、前記第２のエンジン発電機を起動する、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記負荷の要求電力の増加量が所定値以上となると、前記第２のエンジン発電機を起動する、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記蓄電池のＳＯＣが所定値以下となったときに、前記双方向ＤＣ／ＡＣインバータを停止させる、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【請求項５】
前記第２のエンジン発電機は、
ディーゼルエンジンと、
前記ディーゼルエンジンによって駆動されて、直流電力を出力する直流発電機とを含み、
前記ハイブリッド発電システムは、さらに、
前記直流発電機と接続するアノードと、前記直流バスと接続するカソードとを有するダイオードと、
前記ダイオードと並列に設けられたスイッチとを備え、
前記制御部は、前記分散電源の発電量が所定値以下の場合に、前記蓄電池からの電力が前記直流発電機に流れて前記ディーゼルエンジンを起動するモータとして動作するように前記スイッチをオンにし、前記起動したディーゼルエンジンによって前記直流発電機が発電を開始すると、前記スイッチをオフにする、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド発電システムに関し、特に太陽光発電機とディーゼル発電機とを有するハイブリッド発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、離島や系統電力の供給がない地区では、ディーゼル発電機による自家発電が用いられているが、燃料費が高価であり、風力や太陽光などの自然エネルギを利用した発電システムの利用の検討が進んでいる。
【０００３】
しかし、自然エネルギは発電電力が気象条件に大きく影響されるという問題がある。
このような問題を解決するために、特許文献１に記載された装置では、発電機の発電電力を検出して変化率演算部に入力する。また、この変化率演算部に発電設備の発電機のガバナの最大追従可能な電力変化量よりも小さい変化量となるような制限値に設定された正方向変化率設定値、及び負方向変化率設定値を入力する。変化率演算部は入力された各信号を基に充放電部に対する充放電指令値を演算する。
【０００４】
また、特許文献２に記載された装置では、自然エネルギを利用した分散電源及びディーゼル発電機を備え商用電源から切り離された自立電源装置であって、蓄電装置に直流側が接続されたＤＣ／ＡＣ変換器は常時自立運転し、上記ディーゼル発電機はＡＣ／ＤＣ変換器を介して上記蓄電装置に接続され、制御装置からディーゼル発電機には起動・停止指令と発電機が出力するべき電力指令を送出することで出力端の周波数変動がなく、ディーゼル発電機の容易な運転を可能とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２８７３７号公報
【特許文献２】特開２０１３- １３１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の装置では、ソーラ発電の変動をすべて蓄電池からの出力で補償しているため、蓄電池のコストが大きくなる。
【０００７】
また、特許文献２の装置では、応答性を重視すれば、定格運転時に交流を供給する際に周波数安定性が低下するという問題があり、逆に定格運転を重視すると応答性が低下するという問題がある。
【０００８】
それゆえに、本発明の目的は、蓄電池のコストを抑え、かつ良好な応答性を有するハイブリッド発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のハイブリッド発電システムは、自然エネルギを用いて電力を生成し、負荷へ供給する分散電源と、電力を負荷へ供給する蓄電池と、常時動作し、一定周波数の交流電力を負荷へ出力する第１のエンジン発電機と、電力不足に高速に応答して電力を負荷へ出力する第２のエンジン発電機と、分散電源、蓄電池、および第２のエンジン発電機の電力を伝送する直流バスと、直流バスと負荷との間に設けられた双方向ＤＣ／ＡＣインバータと、分散電源の発電量の変化または負荷で要求される電力の変化に従って、蓄電池、第１のエンジン発電機、および第２のエンジン発電機を制御する制御部とを備える。
【００１０】
好ましくは、制御部は、分散電源の発電量の低下量が所定値以上となると、第２のエンジン発電機を起動する。
【００１１】
好ましくは、制御部は、負荷の要求電力の増加量が所定値以上となると、第２のエンジン発電機を起動する。
【００１２】
好ましくは、制御部は、蓄電池のＳＯＣが所定値以下となったときに、双方向ＤＣ／ＡＣインバータを停止させる。
【００１３】
好ましくは、第２のエンジン発電機は、ディーゼルエンジンと、ディーゼルエンジンによって駆動されて、直流電力を出力する直流発電機とを含み、ハイブリッド発電システムは、さらに、直流発電機と接続するアノードと、直流バスと接続するカソードとを有するダイオードと、ダイオードと並列に設けられたスイッチとを備え、制御部は、分散電源の発電量が所定値以下の場合に、蓄電池からの電力が直流発電機に流れてディーゼルエンジンを起動するモータとして動作するようにスイッチをオンにし、起動したディーゼルエンジンによって直流発電機が発電を開始すると、スイッチをオフにする。
【００１４】
好ましくは、ハイブリッド発電システムは、１個の第２のエンジン発電機と、２個の分散電源、２個の蓄電池と、２個の直流バスと、２個のスイッチと、２個の双方向ＤＣ／ＡＣインバータを備え、各直流バスが、対応する分散電源、対応する蓄電池、第２のエンジン発電機の電力を対応する双方向ＤＣ／ＡＣインバータに伝送し、各スイッチがオンのときに、第２のエンジン発電機の電力を対応する直流バスに出力し、制御部は、第２のエンジン発電機の回転数が所定値未満のときには、２個のスイッチのうちの一方のみをオンにし、第２のエンジン発電機の回転数が所定値以上のときには、２個のスイッチの両方をオンにする。
【００１５】
好ましくは、第１のエンジン発電機は、ディーゼルエンジンと、ディーゼルエンジンによって駆動されて、交流電力を出力する交流発電機とを含み、ハイブリッド発電システムは、さらに、交流発電機と負荷との間に設けられたトランスを備える。
【００１６】
好ましくは、第２のエンジン発電機は、ディーゼルエンジンと、ディーゼルエンジンによって駆動されて、交流電力を出力する交流発電機とを含み、ハイブリッド発電システムは、さらに、交流発電機の出力を整流して、直流を直流バスへ出力するダイオードブリッジとを備える。
【００１７】
好ましくは、ハイブリッド発電システムは、複数個の第２のエンジン発電機を備える。
好ましくは、ハイブリッド発電システムは、第１タイプの第２のエンジン発電機と第２タイプの第２のエンジン発電機を備え、第１タイプの第２エンジン発電機は、第１のディーゼルエンジンと、第１のディーゼルエンジンによって駆動されて、交流電力を出力する交流発電機とを含み、第２タイプの第２エンジン発電機は、第２のディーゼルエンジンと、第２のディーゼルエンジンによって駆動されて、直流電力を出力する直流発電機とを含み、ハイブリッド発電システムは、さらに、交流発電機の出力を整流して、直流を直流バスへ出力するダイオードブリッジと、直流発電機と接続するアノードと、直流バスと接続するカソードとを有するダイオードとを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、蓄電池のコストを抑え、かつ供給電力や需要電力の変動に対して良好に応答することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態のハイブリッド発電システムの構成を表わす図である。
【図２】第１ディーゼル発電機１０、および第１トランス８の具体的な構成を表わす図である。
【図３】同期発電機の構成を表わす図である。
【図４】第１の実施形態における、第２ディーゼル発電機１１、第２トランス９、および３相ダイオードブリッジ５の具体的な構成を表わす図である。
【図５】第１の実施形態における、第２ディーゼル発電機１１、第２トランス９、および３相ダイオードブリッジ５の具体的な構成の別の例を表わす図である。
【図６】第１の実施形態のハイブリッド発電システムの動作手順を表わすフローチャートである。
【図７】雲の通過等による日射の急変が原因で、ソーラパネル１の出力が急変した場合の電力の時間変化を表す図である。
【図８】雨天または夜間時などのソーラパネル１が発電を停止し、負荷７の電力が変動した場合の電力の時間変化の別の例を表わす図である。
【図９】第２の実施形態のハイブリッド発電システムの構成を表わす図である。
【図１０】第３の実施形態のハイブリッド発電システムの構成を表わす図である。
【図１１】第３の実施形態における、第２ディーゼル発電機９１、ダイオード２２、およびスイッチ２１の具体的な構成を表わす図である。
【図１２】直流発電機２６の構成を表わす図である
【図１３】第３の実施形態の変形例における、第２ディーゼル発電機１１、ダイオード２２、およびスイッチ２１の具体的な構成を表わす図である。
【図１４】第４の実施形態のハイブリッド発電システムの構成を表わす図である。
【図１５】第５の実施形態のハイブリッド発電システムの構成を表わす図である。
【図１６】第６の実施形態のハイブリッド発電システムの構成を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態のハイブリッド発電システムの構成を表わす図である。
【００２１】
このハイブリッド発電システムは、ソーラパネル１と、蓄電池３と、第１ディーゼル発電機１０と、第１トランス８と、第２ディーゼル発電機１１と、３相ダイオードブリッジ５と、負荷７と、ＤＣバス４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と、ＤＣ／ＡＣインバータ６と、制御部１２とを含む。
【００２２】
ソーラパネル１は、自然エネルギである太陽光を用いて発電し、発生した直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２へ出力する。
【００２３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、ソーラパネル１の直流電圧の大きさを変換することによって、ソーラパネル１の電力から最大電力を取り出して、ＤＣバス４に供給する。
【００２４】
蓄電池３は、放電時には、発生した電力をＤＣバス４へ出力する。蓄電池３は、ソーラパネル１の発電の秒単位の変動を抑制する。
【００２５】
第１ディーゼル発電機１０は、負荷７の最大電力を供給可能で、常時発電動作を実行する。第１ディーゼル発電機１０の回転数は一定である。第１ディーゼル発電機１０で発生する交流の周波数は、たとえば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの固定値である。
【００２６】
第１トランス８は、第１ディーゼル発電機１０と負荷７との間に設けられ、第１ディーゼル発電機１０の出力電圧を変圧して負荷７へ供給する。
【００２７】
第２ディーゼル発電機１１は、発生した電力をダイオードブリッジ５および第２トランス９を介してＤＣバス４へ供給する。第２ディーゼル発電機１１で発生する交流の周波数は、たとえば、３０〜７０Ｈｚである。第２ディーゼル発電機１１は、ソーラパネル１の発電の数十秒単位の変動を抑制するために、起動する。雨天時、夜間時、晴天時の太陽光の変動がないときには、第２ディーゼル発電機１１は、起動しない。
【００２８】
第２ディーゼル発電機１１は、電力不足に応答して回転数を上げることによって供給電力を増加させることができる。第２ディーゼル発電機１１は、第１ディーゼル発電機１０よりも応答は早いが、出力する電力の周波数が変動するため、第２ディーゼル発電機１１で発生した交流は、ダイオードブリッジ５で直流に変換され、ＤＣバス４に供給され、ＤＣ／ＡＣインバータ６によって周波数の安定した交流が負荷７へ出力される。
【００２９】
第２トランス９は、第２ディーゼル発電機１１から出力される電力を変圧してダイオードブリッジ５へ供給する。この第２トランス９は、安全性確保あるいは、第２ディーゼル発電機１１とＤＣバス４間の電圧差を調整する必要がある場合に設けられる。
【００３０】
ダイオードブリッジ５は、第２トランス９の出力である交流を整流して、直流をＤＣバス４へ送る。
【００３１】
双方向ＤＣ／ＡＣインバータ６は、ＤＣバス４を通じて送られる直流電力を交流電力へ変換して負荷７へ供給する。双方向ＤＣ／ＡＣインバータ６は、第１ディーゼル発電機１０で発電された交流電力を直流電力に変換してＤＣバス４へ出力し、ＤＣバス４に直結された蓄電池３を充電する。
【００３２】
双方向ＤＣ／ＡＣインバータ６は、ソーラパネル１の電力出力がある間は一定時間、一定の電力を供給する。例えば、１０分間、一定電力が供給される。太陽光が変動してソーラパネル１からの電力が不足すると蓄電池３、第２ディーゼル発電機１１の順番に電力を供給する。ここで、ソーラパネル１の出力、蓄電池３の出力、第２ディーゼル発電機１１の出力はＤＣバス４に送られるので、ＤＣ／ＡＣインバータ６をソーラパネル１と、蓄電池３と、第２ディーゼル発電機１１の間で共有することができ、設備のコスト低減を図ることができる。
【００３３】
制御部１２は、ソーラパネル１の発電量の変化または負荷７で要求される電力の変化に従って、蓄電池３、第１ディーゼル発電機１０、および第２ディーゼル発電機１１の起動、発電、蓄電などを制御する。
【００３４】
図２は、第１ディーゼル発電機１０、および第１トランス８の具体的な構成を表わす図である。
【００３５】
第１ディーゼル発電機１０は、ディーゼルエンジン９５と、ディーゼルエンジン９５によって駆動される同期発電機９６と、ディーゼルエンジン９５を起動する起動装置９４とを含む。
【００３６】
ディーゼルエンジン９５は、トルク重視で、慣性が大きいため、急激に変動する電力需要に対して一定の回転数を維持できるという特徴がある。
【００３７】
同期発電機９６は、ブラシレス発電機であって、交流を出力する。同期発電機９６は、図３に示すように、補助電源または外部電力で永久磁石３２の回転子を励磁する。
【００３８】
また、電圧変換と安全性確保のため第１ディーゼル発電機１０と負荷７との間には第１トランス８が設けられる。
【００３９】
同期発電機９６は、負荷７の電力の増加に伴って回転数が減少する。そのため、ディーゼルエンジン９５への供給燃料を増加させることにより、同期発電機９６の回転数を維持することによって、負荷７への電力供給を増加させる。
【００４０】
図４は、第１の実施形態における、第２ディーゼル発電機１１、第２トランス９、およびダイオードブリッジ５の具体的な構成を表わす図である。
【００４１】
第２ディーゼル発電機１１は、ディーゼルエンジン１５と、ディーゼルエンジン１５によって駆動される同期発電機１６と、ディーゼルエンジン１５を起動する起動装置１４とを含む。
【００４２】
ディーゼルエンジン１５は、小規模なエンジンのため、出力が小さい発電機に対応する。ディーゼルエンジン１５は、回転数を上げて出力するエンジンであり、トルクが小さい。
【００４３】
同期発電機１６は、ブラシレス発電機であって、交流を出力する。同期発電機１６は、図３に示すように、補助電源または外部電力で永久磁石３２の回転子を励磁する。
【００４４】
同期発電機１６からの出力を取り出すために、３相ダイオードブリッジ５が用いられる。また、電圧変換と安全性確保のため第２ディーゼル発電機１１と３相ダイオードブリッジ５の間には第２トランス９が設けられる。第２トランス９は、一般にはΔΔ結線をとるがＹΔ、ΔＹ、ＹＹ結線であってもよい。また、図５に示すように、同期発電機８６が、単相ダイオードブリッジ８５に単相交流を出力するものであってもよい。
【００４５】
図６は、第１の実施形態のハイブリッド発電システムの動作手順を表わすフローチャートである。
【００４６】
制御部１２は、第１ディーゼル発電機１０を起動させる（ステップＳ１０１）。第１ディーゼル発電機１０で発生した電力が負荷７に供給される。
【００４７】
蓄電池３のＳＯＣ（State Of Charge）が９０％以下のときには（ステップＳ１０４でＮＯ）、制御部１２は、ＤＣ／ＡＣインバータ６を停止させることによって（ステップＳ１０７）、ソーラパネル１で発電された電力が負荷７に供給されないようにして、蓄電池３を充電する（ステップＳ１０９）。その後、処理がステップＳ１０４での判定処理に戻る。
【００４８】
蓄電池３のＳＯＣが９０％を超えるときには（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、制御部１２は、ＤＣ／ＡＣインバータ６を稼働させ（ステップＳ１０５）、ソーラパネル１、蓄電池３、および第１ディーゼル発電機１０で発電された電力が負荷７に供給可能となる。ＤＣ／ＡＣインバータ６は、負荷７で要求される電力が一定の場合に、一定の電力を出力するので、ソーラパネル１の発電量の減少に伴って、蓄電池３の放電量が増加し、第１ディーゼル発電機１０の発電量が増加する。ただし、蓄電池３の発電量の増加の応答は早いが、第１ディーゼル発電機１０の発電量増加の応答は遅い。ソーラパネル１の発電量の増加に伴って、蓄電池３の放電量が減少し、第１ディーゼル発電機１０の発電量が減少する。負荷７で要求される電力が増加した場合にも、蓄電池３の放電量が増加し、第１ディーゼル発電機１０の発電量が増加する。負荷７で要求される電力の減少に伴って、蓄電池３の放電量が減少し、第１ディーゼル発電機１０の発電量が減少する。
【００４９】
負荷７の電力Ｒからソーラパネル１の発電量Ｓを引いた値が１時点前に比べて３０％以上増加したときには（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、制御部１２は、第２ディーゼル発電機１１を起動する（ステップＳ１１１）。第２ディーゼル発電機１１は、起動直後に応答し、ソーラパネル１での発電量の低下または負荷７の電力の増加による不足電力を補償するために、発電を開始する。ＤＣ／ＡＣインバータ６は、負荷７で要求される電力が一定の場合に、一定の電力を出力するので、第２ディーゼル発電機１１の発電量の増加量が（Ｒ−Ｓ）の増加量を超えると、蓄電池３の放電量が減少する。
【００５０】
その後、応答の遅い第１ディーゼル発電機１０の発電量が増加する。第１ディーゼル発電機１０の発電量の増加に伴って、第２ディーゼル発電機１１は、負荷７への出力が一定となるように発電量が減少する。
【００５１】
負荷７の電力Ｒからソーラパネル１の発電量Ｓを引いた値が１時点前に比べて３０％以上減少したとき（ステップＳ１１２でＹＥＳ）、または１０分間の変化量が１０％未満のとき（ステップＳ１１４でＮＯ）、制御部１２は、第２ディーゼル発電機１１を停止させる（ステップＳ１１３）。
【００５２】
その後、制御部１２は、蓄電池３のＳＯＣが３０％未満となると（ステップＳ１１５でＹＥＳ、ステップＳ１０４でＮＯ）、ソーラパネル１の発電量Ｓが０よりも大きい場合に（ステップＳ１０６でＹＥＳ）、ＤＣ／ＡＣインバータ６を停止させ（ステップＳ１０７）、ソーラパネル１の電力で蓄電池３で充電されるように制御し（ステップＳ１０９）、ソーラパネル１の発電量Ｓが０以下の場合に（ステップＳ１０６でＮＯ）、ＤＣ／ＡＣインバータ３を逆駆動させ（ステップＳ１０８）、第１ディーゼル発電機１０に電力で蓄電池３が充電されるように制御する（ステップＳ１０９）。ＤＣ／ＡＣインバータ６の停止によって、負荷７へは第１ディーゼル発電機１０からの電力のみが供給される。
【００５３】
（昼間時の動作）
図７は、ソーラパネル１が発電し、かつ負荷７の電力が一定のときに、蓄電池３、ソーラパネル１、第１ディーゼル発電機１０、および第２ディーゼル発電機１１が出力する電力の時間変化のある例を表わす図である。
【００５４】
第１ディーゼル発電機１０が起動し（ステップＳ１０１）、第１ディーゼル発電機１０からの電力が負荷７に供給される。
【００５５】
また、蓄電池３のＳＯＣが９０％を超えるため（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、ＤＣ／ＡＣインバータ６が稼働する（ステップＳ１０５）。これにより、ソーラパネル１、蓄電池３、第１ディーゼル発電機１０からの電力が負荷７に供給可能となる。ＤＣ／ＡＣインバータ６は、負荷７への出力が一定となるように制御する。ソーラパネル１から負荷７へ電力が供給されることによって、第１ディーゼル発電機１の発電量を抑制することができる。
【００５６】
（１）に示すように、ソーラパネル１の発電量が低下すると、ソーラパネル１での発電量の低下による不足分を補償して負荷７への出力を一定とするために、（２）に示すように、応答が最も早い蓄電池３が放電する。
【００５７】
負荷７の電力Ｒが一定の下で、ソーラパネル１の発電量の１時点前からの低下量が所定値以上となると、負荷７の電力Ｒからソーラパネル１の発電量Ｓを引いた値が１時点前に比べて３０％以上増加し（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、制御部１２は、（３）に示すように、第２ディーゼル発電機１１を起動する（ステップＳ１１１）。第２ディーゼル発電機１１は、起動直後に応答し、ソーラパネル１での発電量の低下による不足分を補償するために、発電を開始する。第２ディーゼル発電機１１の発電量の増加量が（Ｒ−Ｓ）の増加量を超えると、蓄電池３の放電量が減少し、やがて０になる（（４）に示す）。
【００５８】
その後、応答の遅い第１ディーゼル発電機１０が発電量を増加させる。第１ディーゼル発電機１０の発電量の増加に伴って、負荷７への出力が一定となるように第２ディーゼル発電機１１の発電量が減少する。
【００５９】
ソーラパネル１の発電量が増加して、負荷７の電力から、ソーラパネル１の発電量Ｓを引いた値が１時点前に比べて３０％以上減少し（ステップＳ１１２でＹＥＳ）、制御部１２は、第２ディーゼル発電機１１を停止させる（ステップＳ１１３）。
【００６０】
その後、蓄電池３のＳＯＣが３０％未満となると（ステップＳ１１５でＹＥＳ、ステップＳ１０４でＮＯ）、ソーラパネル１の発電量Ｓが０よりも大きいので（ステップＳ１０６でＹＥＳ）、制御部１２は、ＤＣ／ＡＣインバータ６を停止させ（ステップＳ１０７）、（５）に示すように、ソーラパネル１の電力で蓄電池３で充電される（ステップＳ１０９）。ＤＣ／ＡＣインバータ６の停止によって、負荷７へは第１ディーゼル発電機１０からの電力のみが供給される。
【００６１】
その後、（６）に示すように、蓄電池３のＳＯＣが９０％を超えると（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、制御部１２は、ＤＣ／ＡＣインバータ６が稼働させる。これにより、ソーラパネル１、蓄電池３、第１ディーゼル発電機１０からの電力が負荷７に供給可能となる。ＤＣ／ＡＣインバータ６は、負荷７で要求される電力が一定の場合に、一定の電力を出力するので、ソーラパネル１の発電量の増加に伴って、（７）に示すように、第１ディーゼル発電機１０の発電量が減少する。
【００６２】
（夜および雨天時の動作）
図８は、雨天または夜間時などのソーラパネル１が発電を停止し、かつ負荷７の電力が変動した場合の、蓄電池３、ソーラパネル１、第１ディーゼル発電機１０、および第２ディーゼル発電機１１が出力する電力の時間変化の別の例を表わす図である。
【００６３】
第１ディーゼル発電機１０が起動し（ステップＳ１０１）、第１ディーゼル発電機１０からの電力が負荷７に供給される。
【００６４】
また、蓄電池３のＳＯＣが９０％を超えるため（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、ＤＣ／ＡＣインバータ６が稼働する。これにより、ソーラパネル１、蓄電池３、第１ディーゼル発電機１０からの電力が負荷７に供給可能となる。ＤＣ／ＡＣインバータ６は、負荷７の要求電力の変動に対応して出力を変動させる。
【００６５】
（１）に示すように、負荷７での要求電力が増加すると、増加による不足分を補償するために、（２）に示すように、応答が最も早い蓄電池３が放電する。
【００６６】
ソーラパネル１の発電量Ｓがなく、負荷７の要求電力の１時点前からの増加量が所定値以上となると、負荷７の電力Ｒからソーラパネル１の発電量Ｓを引いた値が１時点前に比べて３０％以上増加し（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、制御部１２は、（３）に示すように、第２ディーゼル発電機１１を起動する（ステップＳ１１１）。第２ディーゼル発電機１１は、起動直後に応答し、負荷７での要求電力の増加による不足分を補償するために、発電を開始する。第２ディーゼル発電機１１の発電量の増加量が（Ｒ−Ｓ）の増加量を超えると、蓄電池３の放電量が減少し、やがて０になる（（４）に示す）。
【００６７】
その後、応答の遅い第１ディーゼル発電機１０が発電量を増加させる。第１ディーゼル発電機１０の発電量の増加に伴って、第２ディーゼル発電機１１の発電量が減少する。
【００６８】
第１ディーゼル発電機１０の発電量の増加によって、負荷７の要求電力が減少して、負荷７の電力Ｒからソーラパネル１の発電量Ｓを引いた値が１時点前に比べて３０％以上減少すると（ステップＳ１１２でＹＥＳ）、制御部１２は、第２ディーゼル発電機１１を停止させる（ステップＳ１１３）。第２ディーゼル発電機１１の停止によって、負荷７へは第１ディーゼル発電機１０からの電力のみが供給される。
【００６９】
その後、蓄電池３のＳＯＣが３０％未満となると（ステップＳ１１５でＹＥＳ、ステップＳ１０４でＮＯ）、ソーラパネル１の発電量Ｓが０以下なので（ステップＳ１０６でＮＯ）、制御部１２は、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ６を逆に駆動させ（ステップＳ１０８）、（５）に示すように、第１ディーゼル発電機１０の電力で蓄電池３が充電される（ステップＳ１０９）。ＤＣ／ＡＣインバータ６の逆駆動時にも、負荷７へは第１ディーゼル発電機１０からの電力のみが供給される。
【００７０】
その後、（６）に示すように、蓄電池３のＳＯＣが９０％を超えると（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、制御部１２は、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ６を元の方向に稼働させる（ステップＳ１０５）。これにより、蓄電池３への充電が停止し、（７）に示すように、第１ディーゼル発電機１０の発電量が減少する。
【００７１】
以上のように、本実施の形態では、通常自家発電用ディーゼル発電機に加え、高速応答のディーゼル発電と整流器と蓄電池を太陽光発電のＤＣ／ＤＣコンバータとインバータの間の直流バスに直結することによって、数十秒単位の太陽光発電の変動に対応することができ、蓄電池の電力消費を低減することができる。
【００７２】
［第２の実施形態］
図９は、第２の実施形態のハイブリッド発電システムの構成を表わす図である。
【００７３】
図９のハイブリッド発電システムが、図１の第１の実施形態のハイブリッド発電システムと相違する点は、以下である。
【００７４】
図１のハイブリッド発電システムが、ソーラパネル１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と、蓄電池３と、第２ディーゼル発電機１１と、ダイオードブリッジ５と、ＤＣバス４を備えたのに対して、図９のハイブリッド発電システムは、ソーラパネル１ａ，１ａと、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ａ，２ｂと、蓄電池３ａ，３ｂと、第２ディーゼル発電機１１ａ，１１ｂと、ダイオードブリッジ５ａ，５ｂと、ＤＣバス４ａ，４ｂとを備える。
【００７５】
ソーラパネル１ａと、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ａと、蓄電池３ａと、第２ディーゼル発電機１１ａと、ダイオードブリッジ５ａと、ＤＣバス４ａは、図１の第１の実施形態のソーラパネル１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と、蓄電池３と、第２ディーゼル発電機１１と、ダイオードブリッジ５と、ＤＣバス４と同様の構成および機能を有する。
【００７６】
また、ソーラパネル１ｂと、ＤＣ／ＤＣコンバータ２ｂと、蓄電池３ｂと、第２ディーゼル発電機１１ｂと、ダイオードブリッジ５ｂと、ＤＣバス４ｂは、図１の第１の実施形態のソーラパネル１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と、蓄電池３と、第２ディーゼル発電機１１と、ダイオードブリッジ５と、ＤＣバス４と同様の構成および機能を有する。
【００７７】
ＤＣバス４ａおよびＤＣバス４ｂは、ＤＣ／ＡＣインバータ６と接続する。
このように、複数台の第２ディーゼル発電機１１ｂ，１１ｂを備えることによって、各第２ディーゼル発電機１１ａ，１１ｂの負荷が軽くなり、各第２ディーゼル発電機１１ａ，１１ｂの応答速度が速くなる。これは、同期発電機１６に流れる電流が少ないと、同期発電機１６内のコイルに発生する磁場が弱くなり、その磁場の中で回転子を動かす力が少なくてすむからである。また、軽負荷時には、一方の第２ディーゼル発電機を停止させることによって、省エネ化を図ることもできる。
【００７８】
［第３の実施形態］
図１０は、第３の実施形態のハイブリッド発電システムの構成を表わす図である。
【００７９】
図１０のハイブリッド発電システムでは、図１のハイブリッド発電システムの第２ディーゼル発電機１１と、第２トランス９と、ダイオードブリッジ５が、第２ディーゼル発電機５１と、ダイオード２２と、スイッチ２１に置き換えられている。  
【００８０】
図１１は、第３の実施形態における、第２ディーゼル発電機５１、ダイオード２２、およびスイッチ２１の具体的な構成を表わす図である。
【００８１】
第２ディーゼル発電機５１は、第１の実施形態の第２ディーゼル発電機１１と同様の起動装置１４およびディーゼルエンジン１５を含み、さらに直流発電機２６を含む。
【００８２】
図１２は、直流発電機２６の構成を表わす図である。
直流発電機２６は、永久磁石３１を含む。直流発電機２６は、回転子から電力を取り出すため、構造が簡単で応答も早いが、回転子に電力を供給するブラシの寿命や高電圧出力に向かないという特徴がある。第２ディーゼル発電機５１は、太陽光が変動する短い期間に稼働するので、第２ディーゼル発電機５１の発電機として直流発電機２６を用いることによって、高速応答を実現し、短期間の使用のため劣化が進行しないという利点を有する。
【００８３】
ダイオード２２は、直流発電機２６と接続するアノードと、ＤＣバス４と接続するカソードとを有する。ダイオード２２は、ＤＣバス４側の電圧が直流発電機２６の出力電圧よりも高い場合に、直流発電機２６に電流が流れるのを防止するために設けられる。
【００８４】
制御部１２は、第２ディーゼル発電機５１が起動後にダイオード２２での損失を低減するためにスイッチ２１をオンにする。
【００８５】
［第３の実施形態の変形例］
図１３は、第３の実施形態の変形例における、第２ディーゼル発電機６１、ダイオード２２、およびスイッチ２１の具体的な構成を表わす図である。
【００８６】
この変形例が、第３の実施形態と相違するのは、第２ディーゼル発電機６１がディーゼルエンジン１５を起動するための起動装置を含まない点である。
【００８７】
制御部１２は、ソーラパネル１の発電量が所定量以下のときには、蓄電池３からの電力が直流発電機２６に流れるようスイッチ２１をオンにする。直流発電機２６は、ＤＣバス４からの電力によってモータとして動作することができるため、起動装置が無くてもディーゼルエンジン１５の起動が可能となる。ディーゼルエンジン１５が起動すると、直流発電機２６が発電を開始する。制御部１２は、直流発電機２６が発電を開始するとスイッチ２１をオフにする。
【００８８】
以上のように、本変形例によれば、蓄電池３からの電力で第２ディーゼル発電機が起動するので、第２ディーゼル発電機の起動および電力供給のレスポンスを上げることができる。
【００８９】
［第４の実施形態］
図１４は、第４の実施形態のハイブリッド発電システムの構成を表わす図である。
【００９０】
図１４のハイブリッド発電システムと  図１０の第３の実施形態のハイブリッド発電システムと相違する点は、以下である。
【００９１】
図１０のハイブリッド発電システムが、第２ディーゼル発電機５１、ダイオード２２、およびスイッチ２１を備えたのに対して、図１４のハイブリッド発電システムは、第２ディーゼル発電機５１ａ，５１ｂ、ダイオード２２ａ，２２ｂ、およびスイッチ２１ａ，２１ｂを備える。
【００９２】
第２ディーゼル発電機５１ａ，ダイオード２２ａ、およびスイッチ２１ａは、図１０の第２ディーゼル発電機５１、ダイオード２２、およびスイッチ２１と同様である。また、第２ディーゼル発電機５１ｂ，ダイオード２２ｂ、およびスイッチ２１ｂも、図１０の第２ディーゼル発電機５１、ダイオード２２、およびスイッチ２１と同様である。
【００９３】
各々の第２ディーゼル発電機５１ａ，５１ｂの負荷が軽くなるため、各々の第２ディーゼル発電機５１ａ，５１ｂは、高速に応答することができる。また、メンテナンスのため、第２ディーゼル発電機５１ａ，５１ｂに含まれる直流発電機を１台停止させたとしても、ソーラパネルでの太陽光発電の変動を補償することができる。
【００９４】
なお、第２の実施形態と同様に、第２ディーゼル発電機５１ｂ側にも蓄電池３、ＤＣ／ＤＣコンバータ２、ソーラパネル１を設けることとしてもよい。
【００９５】
［第５の実施形態］
図１５は、第５の実施形態のハイブリッド発電システムの構成を表わす図である。
【００９６】
図１５のハイブリッド発電システムと  図１０の第３の実施形態のハイブリッド発電システムと相違する点は、以下である。
【００９７】
図１０のハイブリッド発電システムが、第２ディーゼル発電機５１、ダイオード２２、およびスイッチ２１を備えたのに対して、図１５のハイブリッド発電システムは、第２ディーゼル発電機５１、ダイオード２２、およびスイッチ２１に加えて、第２ディーゼル発電機１１、第２トランス９、ダイオードブリッジ５を備える。第２ディーゼル発電機１１、第２トランス９、ダイオードブリッジ５は、図１の第１の実施形態で説明したものと同様である。
【００９８】
ソーラパネル１の発電量の低下によって、第２ディーゼル発電機５１、第２ディーゼル発電機１１が起動して発電を開始し、第１ディーゼル発電機１０が発電量を増加させる。
【００９９】
これらのうち、ソーラパネル１の発電量の低下に対して最も応答が早いのが、第２ディーゼル発電機５１であり、その次に、第２ディーゼル発電機１１、第１ディーゼル発電機１０の順となる。第２ディーゼル発電機１１の起動によって、第２ディーゼル発電機５１は停止する。
【０１００】
第２ディーゼル発電機５１は、短時間の高速応答時に使用されるだけで、それ以外は、第２ディーゼル発電機１１、第１ディーゼル発電機１０が優先して使用される。第２ディーゼル発電機５１は、高速応答であるが、短寿命のブラシを経由して電力を取り出すため、ブラシの劣化によるメンテナンスを減らすためである。
【０１０１】
［第６の実施形態］
図１６は、第６の実施形態のハイブリッド発電システムの構成を表わす図である。
【０１０２】
図１６のハイブリッド発電システムが、図９の第２の実施形態のハイブリッド発電システムと相違する点は、以下である。
【０１０３】
図９の第２の実施形態のハイブリッド発電システムは、第２ディーゼル発電機１１ａ，１１ｂを備え、第２ディーゼル発電機１１ａが、第２トランス９ａおよびダイオードブリッジ５ａを介してＤＣバス４ａに接続され、第２ディーゼル発電機１１ｂが、第２トランス９ｂおよびダイオードブリッジ５ｂを介してＤＣバス４ｂに接続されている。
【０１０４】
これに対して、図１６のハイブリッド発電システムは、１つの第２ディーゼル発電機１１を備え、第２ディーゼル発電機１１が、スイッチ２３ａを介して、第２トランス９ａと接続し、スイッチ２３ｂを介して、第２トランス９ｂと接続する。また、ＤＣバス４ａは、ＤＣ／ＡＣインバータ６ａと接続し、ＤＣバス４ｂは、ＤＣ／ＡＣインバータ６ａと接続する。
【０１０５】
制御部１２は、第２ディーゼル発電機１１を起動した後、第２ディーゼル発電機１１の回転数が所定値未満のときには、スイッチ２３ａおよびスイッチ２３ｂの一方のみをオンとする。
【０１０６】
第２ディーゼル発電機１１は、太陽が影に隠れたりして、太陽光の発電量が低下したときに供給不足を補うために発電する。スイッチ２３ａおよびスイッチ２３ｂの両方をオンとすると、ソーラパネル１ａの発電量の低下とソーラパネル１ｂの発電量の低下に対応する必要があるため、供給すべき電力が大きくなる。第２ディーゼル発電機１１は、起動した後、回転数が低い間は、２つのソーラパネル１ａ，１ｂの発電量の低下を補うために電力を供給することができないので、制御部１２は、第２ディーゼル発電機１１を起動した後、回転数が所定値未満のときは、スイッチ２３ａおよびスイッチ２３ｂの一方のみをオンとする。制御部１２は、第２ディーゼル発電機１１の回転数が所定値以上となると、スイッチ２３ａおよびスイッチ２３ｂの両方をオンとする。
【０１０７】
その他、実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
（１）請求項１
自然エネルギを用いて電力を生成し、負荷へ供給する分散電源（１）と、電力を負荷へ供給する蓄電池（３）と、常時動作し、一定周波数の交流電力を負荷へ出力する第１のエンジン発電機（１０）と、電力不足に高速に応答して電力を負荷へ出力する第２のエンジン発電機（１１）と、分散電源（１）、蓄電池（３）、および第２のエンジン発電機（１１）の電力を伝送する直流バス（４）と、直流バス（４）と負荷（７）との間に設けられた双方向ＤＣ／ＡＣインバータ（６）と、分散電源（１）の発電量の変化または負荷（７）で要求される電力の変化に従って、蓄電池（３）、第１のエンジン発電機（１０）、および第２のエンジン発電機（１１）を制御する制御部（１２）とを備える、ハイブリッド発電システム。
【０１０８】
この発明によれば、蓄電池のコストを抑え、かつ分散電源の供給電力や負荷の需要電力の変動に対して良好に応答することができる。
【０１０９】
（２）請求項２
制御部（１２）は、分散電源（３）の発電量の低下量が所定値以上となると、第２のエンジン発電機（１１）を起動する、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【０１１０】
この発明によれば、分散電源の発電量の低下に高速に対応することができる。
（３）請求項３
制御部（１２）は、負荷（７）の要求電力の増加量が所定値以上となると、第２のエンジン発電機（１１）を起動する、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【０１１１】
この発明によれば、負荷の要求電力が増加に高速に対応することができる。
（４）請求項４
制御部（１２）は、蓄電池（３）のＳＯＣが所定値以下となったときに、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ（６）を停止させる、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【０１１２】
この発明によれば、蓄電池を充電することができる。
（５）請求項５
第２のエンジン発電機（５１）は、ディーゼルエンジン（１５）と、ディーゼルエンジン（１５）によって駆動されて、直流電力を出力する直流発電機（２６）とを含み、ハイブリッド発電システムは、さらに、直流発電機（２６）と接続するアノードと、直流バス（４）と接続するカソードとを有するダイオード（２２）と、ダイオード（２２）と並列に設けられたスイッチ（２１）とを備え、制御部（１２）は、分散電源（１）の発電量が所定値以下の場合に、蓄電池（３）からの電力が直流発電機（２６）に流れてディーゼルエンジン（１５）を起動するモータとして動作するようにスイッチ（２１）をオンにし、起動したディーゼルエンジン（１５）によって直流発電機（２６）が発電を開始すると、スイッチ（２１）をオフにする、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【０１１３】
この発明によれば、第２のエンジン発電機として直流発電機を用いることができ、蓄電池の電力でディーゼルエンジンを起動することができる。
【０１１４】
（６）請求項６
ハイブリッド発電システムは、１個の第２のエンジン発電機（１１）と、２個の分散電源（１ａ，１ｂ）、２個の蓄電池（３ａ，３ｂ）と、２個の直流バス（４ａ，４ｂ）と、２個のスイッチ（２３ａ，２３ｂ）と、２個の双方向ＤＣ／ＡＣインバータ（６ａ，６ｂ）を備え、各直流バス（４ａ，４ｂ）が、対応する分散電源（１ａ，１ｂ）、対応する蓄電池（３ａ，３ｂ）、第２のエンジン発電機（１１）の電力を対応する双方向ＤＣ／ＡＣインバータ（６ａ，６ｂ）に伝送し、各スイッチ（２３ａ，２３ｂ）がオンのときに、第２のエンジン発電機（１１）の電力を対応する直流バス（４ａ，４ｂ）に出力し、制御部（１２）は、第２のエンジン発電機（１１）の回転数が所定値未満のときには、２個のスイッチ（２３ａ，２３ｂ）のうちの一方のみをオンにし、第２のエンジン発電機（１１）の回転数が所定値以上のときには、２個のスイッチ（２３ａ，２３ｂ）の両方をオンにする、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【０１１５】
この発明によれば、第２のエンジン発電機の回転数に応じた電力を供給することができる。
【０１１６】
（７）請求項７
第１のエンジン発電機（１０）は、ディーゼルエンジン（９５）と、ディーゼルエンジン（９５）によって駆動されて、交流電力を出力する交流発電機（１６）とを含み、ハイブリッド発電システムは、さらに、交流発電機（９６）と負荷（７）との間に設けられたトランス（８）を備える、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【０１１７】
この発明によれば、第１のエンジン発電機として交流発電機を用いることができる。
（８）請求項８
第２のエンジン発電機（１１）は、ディーゼルエンジンと（１５）、ディーゼルエンジン（１５によって駆動されて、交流電力を出力する交流発電機（１６）とを含み、ハイブリッド発電システムは、さらに、交流発電機（１６）の出力を整流して、直流を直流バス（４）へ出力するダイオードブリッジ（５）とを備える、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【０１１８】
この発明によれば、第２のエンジン発電機として交流発電機を用いることができる。
（９）請求項９
ハイブリッド発電システムは、複数個の第２のエンジン発電機（１１ａ、１１ｂ）を備える、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【０１１９】
この発明によれば、１つの第２のエンジン発電機の負荷を減らすことができる。
（１０）請求項１０
ハイブリッド発電システムは、第１タイプの第２のエンジン発電機（１１）と第２タイプの第２のエンジン発電機（５１）を備え、第１タイプの第２エンジン発電機（１１）は、第１のディーゼルエンジン（１５）と、第１のディーゼルエンジン（１５）によって駆動されて、交流電力を出力する交流発電機（１６）とを含み、第２タイプの第２エンジン発電機（５１）は、第２のディーゼルエンジン（１５）と、第２のディーゼルエンジン（１５）によって駆動されて、直流電力を出力する直流発電機（２６）とを含み、ハイブリッド発電システムは、さらに、交流発電機（１６）の出力を整流して、直流を直流バス（４）へ出力するダイオードブリッジ（５）と、直流発電機（２６）と接続するアノードと、直流バス（４）と接続するカソードとを有するダイオード（２２）とを備える、請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【０１２０】
この発明によれば、異なる応答速度を有するエンジン発電機によって、分散電源の供給電力や負荷の需要電力の変動に対して良好に応答することができる。
【０１２１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。たとえば、各実施形態の構成要件を適宜組み合わせることとしてもよい。
本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２２】
１，１ａ，１ｂ  ソーラパネル、２，２ａ，２ｂ  ＤＣ／ＤＣコンバータ、３，３ａ，３ｂ  蓄電池、４，４ａ，４ｂ  ＤＣバス、５，５ａ，５ｂ，８５  ダイオードブリッジ、６，６ａ，６ｂ  ＤＣ／ＤＣインバータ、７  負荷、８  第１トランス、９，９ａ，９ｂ  第２トランス、１０  第１ディーゼル発電機、１１，１１ａ，１１ｂ，５１，５１ａ，５１ｂ，６１  第２ディーゼル発電機、１２  制御部、２１，２１ａ，２１ｂ  スイッチ、２２，２２ａ，２２ｂ  ダイオード、３１，３２  永久磁石、１４，９４  起動装置、１５，９５  ディーゼルエンジン、１６，８６，９６  同期発電機、２６  直流発電機。
【図１】
2015056942.tif 000003
【図２】
2015056942.tif 000004
【図３】
2015056942.tif 000005
【図４】
2015056942.tif 000006
【図５】
2015056942.tif 000007
【図６】
2015056942.tif 000008
【図７】
2015056942.tif 000009
【図８】
2015056942.tif 000010
【図９】
2015056942.tif 000011
【図１０】
2015056942.tif 000012
【図１１】
2015056942.tif 000013
【図１２】
2015056942.tif 000014
【図１３】
2015056942.tif 000015
【図１４】
2015056942.tif 000016
【図１５】
2015056942.tif 000017
【図１６】
2015056942.tif 000018