(57)【要約】【課題】  ハイブリッド発電システムの発電効率を向上すること。【解決手段】  ハイブリッド発電システム１００は、直流電源装置１０１、交流発電機１０２、直流発電機１０５、インバータ１０６及び制御部１０７を有し、直流電源装置１０１及び直流発電機１０５は、インバータ１０６に接続されており、交流発電機１０２及びインバータ１０６は、負荷１０９へ電力供給を行い、交流発電機１０２及び直流発電機１０５を駆動する動力部１１９、及び交流発電機１０２と直流発電機１０５の運転又は停止を切り替える切替部１０３を備え、制御部１０７は切替部１０３の切り替えを制御する。【選択図】図１
2015111964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源装置、交流発電機、直流発電機、インバータ及び制御部を有するハイブリッド発電システムであって、
前記直流電源装置及び前記直流発電機は、前記インバータに接続されており、
前記交流発電機及び前記インバータは、負荷へ電力供給を行い、
前記ハイブリッド発電システムは、
前記交流発電機及び前記直流発電機を駆動する動力部、及び前記交流発電機と前記直流発電機の運転又は停止を切り替える切替部を備え、
前記制御部は前記切替部の切り替えを制御する
ハイブリッド発電システム。
【請求項２】
前記動力部は、前記交流発電機及び前記直流発電機に対して、それぞれ１つずつ備えられることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド発電システム。
【請求項３】
前記交流発電機又は前記直流発電機は、複数で構成されること特徴とする請求項１〜２いずれか１項記載のハイブリッド発電システム。
【請求項４】
前記直流発電機は、オルタネータであることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のハイブリッド発電システム。
【請求項５】
前記直流電源装置に並行して前記インバータへ直流電力を供給する蓄電部を備える
ことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のハイブリッド発電システム。
【請求項６】
前記直流電源装置は、再生可能エネルギーを使用して発電するシステムであることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載のハイブリッド発電システム。
【請求項７】
前記直流電源装置は、太陽光発電システムであることを特徴とする請求項６記載のハイブリッド発電システム。
【請求項８】
太陽光を熱エネルギーへ変換する集光集熱部を備え、前記集光集熱部から前記動力部へ前記熱エネルギーを供給することを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載のハイブリッド発電システム。
【請求項９】
前記熱エネルギーを一時蓄積する蓄熱部をさらに備え、前記蓄熱部から前記動力部へ前記熱エネルギーを供給することを特徴とする請求項８記載のハイブリッド発電システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記負荷の消費電力に対する前記直流電源装置の所定の出力を閾値として、
前記切替部の切り替えを制御する
ことを特徴とする請求項１〜９記載のハイブリッド発電システム。
【請求項１１】
前記制御部は、前記直流電源装置の出力が、前記閾値を下回るとき前記交流発電機を運転し、前記閾値を上回るとき前記直流発電機を運転するよう、前記切替部を制御する
ことを特徴とする請求項１０記載のハイブリッド発電システム。
【請求項１２】
前記閾値が２つ設定され、前記制御部は、
前記直流電源装置の出力が、第１の閾値を下回るとき前記交流発電機の全てを運転し、
前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を上回るとき前記直流発電機の全てを運転し、
前記第１の閾値を上回り、前記第２の閾値を下回るとき前記直流発電機の全てを停止し、前記交流発電機の少なくとも１つを運転するよう、前記切替部を制御する
ことを特徴とする請求項１０〜１１記載のハイブリッド発電システム。
【請求項１３】
前記閾値が２つ設定され、前記制御部は、
前記直流電源装置の出力が、第１の閾値を下回るとき前記交流発電機の全てを運転し、
前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を上回るとき前記直流発電機の少なくとも１つを運転し、
前記第１の閾値を上回り、前記第２の閾値を下回るとき前記直流発電機の全てを運転し、前記交流発電機の全てを停止するよう、前記切替部を制御する
ことを特徴とする請求項１０〜１１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するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の電源を並列接続し、これら複数の電源から負荷に対して並列給電が可能な電源システムとして、例えば特許文献１の技術が知られている。図７は、特許文献１の電源システムの構成を示すブロック図である。
【０００３】
特許文献１の電源システムは、商用電力系統１からの交流を直流に変換するコンバータ２と、太陽電池９と、太陽電池９から常に最大の電力を取り出すための最大電力点追従制御機能を備えたＤＣ−ＤＣコンバータ８とからなる電源装置５と、直流を所定の周波数と電圧を持つ交流に変換するインバータ３と、所定の制御を行う制御回路４と、負荷７に供給する電力の供給元を切り替える接続切替装置６とを備えて構成されている。
【０００４】
そして、特許文献１では、電源装置５の出力電力値、すなわち太陽電池９の発電状態に応じて、接続切替装置６を制御回路４の制御信号により切り替えることで、インバータ３の出力又は商用電力系統１から負荷に電力を供給し、電源装置５の電力供給量の変動の影響を受けることなく、負荷に対して安定した電力を供給できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２８６５６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の場合、以下のような課題が生じる。特許文献１では、電源装置５の出力のみでは負荷７に供給する電力が不足する場合に、制御回路４からの制御信号で制御されたコンバータ２が動作し、商用電力系統１の交流電力が直流電力に変換され、この変換された直流電力と電源装置５の出力の双方がインバータ３に入力された後、負荷７へ必要な交流電力がインバータ３から供給される。つまり、電源装置５と商用電力系統１にて並列運転が行われる際は、両者は直流部分でのみ接続されるようになっている。
【０００７】
したがって、電源装置５と商用電力系統１により並列運転が行われる場合は、商用電力系統１から供給される電力が一旦直流に変換された後、再度交流電力に変換されて負荷に供給されるので、これら変換の際に常に電力損失が発生してしまう。
【０００８】
又、特許文献１では、電源装置５の出力が予め設定した出力値を下回ると、商用電力系統１の出力が負荷７に直接供給されるように接続切替装置６の切り替えが行われるので、電源装置５の出力状況によっては、常に商用電力系統１のみで負荷７へ電力供給が行われることになり、この場合、電源装置５の太陽電池９の利用率は大きく損なわれる。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、再生可能エネルギーを用いた高効率なハイブリッド発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、直流電源装置、交流発電機、直流発電機、インバータ及び制御部を有するハイブリッド発電システムであって、前記直流電源装置及び前記直流発電機は、前記インバータに接続されており、前記交流発電機及び前記インバータは、負荷へ電力供給を行い、前記ハイブリッド発電システムは、前記交流発電機及び前記直流発電機を駆動する動力部、及び前記交流発電機と前記直流発電機の運転又は停止を切り替える切替部を備え、前記制御部は前記切替部の切り替えを制御する。
【００１１】
又、前記動力部は、前記交流発電機及び前記直流発電機に対して、それぞれ１つずつ備えられることを特徴とする。
【００１２】
又、前記交流発電機又は前記直流発電機は、複数で構成されること特徴とする。
【００１３】
又、前記直流発電機は、オルタネータであることを特徴とする。
【００１４】
又、前記直流電源装置に並行して前記インバータへ直流電力を供給する蓄電部を備える
ことを特徴とする。
【００１５】
又、前記直流電源装置は、再生可能エネルギーを使用して発電するシステムであることを特徴とする。
【００１６】
又、前記直流電源装置は、太陽光発電システムであることを特徴とする。
【００１７】
又、太陽光を熱エネルギーへ変換する集光集熱部を備え、前記集光集熱部から前記動力部へ前記熱エネルギーを供給することを特徴とする。
【００１８】
又、前記熱エネルギーを一時蓄積する蓄熱部をさらに備え、前記蓄熱部から前記動力部へ前記熱エネルギーを供給することを特徴とする。
【００１９】
又、前記制御部は、前記負荷の消費電力に対する前記直流電源装置の所定の出力を閾値として、前記切替部の切り替えを制御することを特徴とする。
【００２０】
又、前記制御部は、前記直流電源装置の出力が、前記閾値を下回るとき前記交流発電機を運転し、前記閾値を上回るとき前記直流発電機を運転するよう、前記切替部を制御する
ことを特徴とする。
【００２１】
又、前記閾値が２つ設定され、前記制御部は、前記直流電源装置の出力が、第１の閾値を下回るとき前記交流発電機の全てを運転し、前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を上回るとき前記直流発電機の全てを運転し、前記第１の閾値を上回り、前記第２の閾値を下回るとき前記直流発電機の全てを停止し、前記交流発電機の少なくとも１つを運転するよう、前記切替部を制御することを特徴とする。
【００２２】
又、前記閾値が２つ設定され、前記制御部は、前記直流電源装置の出力が、第１の閾値を下回るとき前記交流発電機の全てを運転し、前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を上回るとき前記直流発電機の少なくとも１つを運転し、前記第１の閾値を上回り、前記第２の閾値を下回るとき前記直流発電機の全てを運転し、前記交流発電機の全てを停止するよう、前記切替部を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のハイブリッド発電システムによれば、該システムの発電効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態１を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態２を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態３を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態４を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態５を示すブロック図である。
【図６】図５に示すブロック図の一部詳細図である。
【図７】従来の電源システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について図１を参照して説明する。図１は、本発明のハイブリッド発電システム１００のブロック図である。
【００２６】
先ず、図１を参照してハイブリッド発電システム１００の構成を説明する。ハイブリッド発電システム１００は、直流電源装置１０１と、直流電源装置１０１の出力を変圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１０４と、直流電源装置１０１の電力を蓄電する蓄電部１１１と、蓄電部１１１の出力を変圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１１２と、交流発電機１０２及び直流発電機１０５と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１２及び直流発電機１０５の出力を交流に変換するインバータ１０６と、交流発電機１０２及び直流発電機１０５に動力を供給する動力部１１９と、動力部１１９の動力供給先を、交流発電機１０２又は直流発電機１０５へ切り替える切替部１０３と、システム制御を行う制御部１０７を備えている。又、インバータ１０６の出力と負荷１０９との間に介在されるリレー１０８、直流発電機１０５の出力とＤＣ母線１１４との間に介在されるリレー１２０、交流発電機１０２の出力とＡＣ母線との間に介在されるリレー１２１を備えている。
【００２７】
次に、上記した各ブロックについて具体的に説明する。直流電源装置１０１には、例えば、太陽光発電装置が用いられる。又、太陽光発電に限らず、他の再生可能エネルギーを使用する発電装置を用いることもできる。
【００２８】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４は、昇圧チョッパ方式であり、内蔵のマイコンでデューティ比を変化させることにより昇圧比を調整し、直流電源装置１０１の最大電力点追従制御を行う。
【００２９】
蓄電部１１１は、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどが使用できる。尚、蓄電部１１１は、上記した電池のみを使用することもできるし、電池とキャパシタをそれぞれ別のＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）を介してＤＣ−ＤＣコンバータ１０４の出力に並列接続することもできる。
【００３０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１１２は、内部にマイコンを備えており、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４が、直流電源装置１０１の最大電力点追従制御を行うことで生じるＤＣ母線１１４の電圧変動に応じて、制御部１０７の制御により昇降圧比を調整し、ＤＣ母線１１４出力の調整を行う。尚、図示は省略するが、蓄電部１１１は、双方向インバータを介してＡＣ母線１１３に接続することもできる。
【００３１】
交流発電機１０２及び直流発電機１０５は、共に回転式発電機であり、動力部１１９から動力を与えられて発電する。特に、直流発電機１０５にはダイナモ又はオルタネータを用いることができる。好ましくは、回転数の変化による発電量の変動がより少ないオルタネータを用いる。
【００３２】
動力部１１９には、例えば化石燃料を使用するエンジン等の内燃機関、或いは、原子力やバイオマス等を使用する蒸気タービン等の外燃機関を用いることができる。
【００３３】
インバータ１０６は、トランスレス方式であり、内蔵のマイコンによるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御にて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１２及び直流発電機１０５の直流出力を交流に変換する。また、オペアンプ、変流器及び出力トランスが内蔵されており、出力値をオペアンプで増幅し、内蔵のマイコンでＡＤ変換することにより、電圧検出器１１５、電流検出器１１６からそれぞれ電圧値、電流値の検出を行う。又、エンコーダ又はレゾルバ等からなる検出器１１７により回転子の位相を検出し、交流発電機１０２との同期をとる。
【００３４】
切替部１０３は、動力部１１９の動力を交流発電機１０２又は直流発電機１０５に伝達する。切替部１０３による動力伝達先の切り替えは、例えば、切替部１０３と、交流発電機１０２及び直流発電機１０５に動力伝達切り替え用のギアをそれぞれ備えさせておき、動力部１１９の動力伝達先を交流発電機１０２又は直流発電機１０５に切り替えて伝達する。又、切替部１０３には、交流発電機１０２及び直流発電機１０５のいずれのギアにも動力を伝達しない中立位置が設けられており、負荷１０９への供給電力が、直流電源装置１０１と蓄電部１１１の出力で賄える場合に、直流発電機１０５と交流発電機１０２を停止できるようになっている。
【００３５】
制御部１０７は、例えば、ＲＳ４８５のシリアル通信を用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１２、インバータ１０６、切替部１０３の各々の動作を制御する。
【００３６】
リレー１０８は、直流電源装置１０１と交流発電機１０２の動作状態に連系して、インバータ１０６の出力と負荷１０９との間を開閉する。
【００３７】
リレー１２０は、直流発電機１０５を停止又は運転させる際の回転数変化による出力変動が、インバータ１０６との連系動作に影響を与えないように開閉される。同様に、リレー１２１は、交流発電機１０２を停止又は運転させる際の回転数変化による出力変動が、インバータ１０６との連系動作に影響を与えないように開閉される。より詳しくは、各々のリレーに接続された発電機を停止させる際は、先ず、リレーを開いた後に発電機を停止させ、又、発電機を運転させる際は、各々の発電機の出力が安定するまではリレーを開いておき安定後に閉じるようにする。このようにすることで、各々の発電機の回転数の変化による出力変動がインバータ１０６との連系動作に影響を与えないようにしている。
【００３８】
次に、図１を参照して、ハイブリッド発電システム１００の基本動作を説明する。夜間等で直流電源装置１０１の出力が無く、交流発電機１０２の出力のみが負荷に供給される際、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４及びインバータ１０６の出力は停止しているが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４は、直流電源装置１０１からの入力電圧を逐次モニタし、予め設定した時間毎に制御部１０７に送信する。直流電源装置１０１からの入力電圧が予め設定した電圧に達すると、制御部１０７がＤＣ−ＤＣコンバータ１０４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１２及びインバータ１０６に動作指示を出し、出力動作が開始される。尚、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１２、インバータ１０６はそれぞれ、入力電圧の他、少なくとも入力電流を測定し、これらを制御部１０７に送信している。又、インバータ１０６からの出力手順は下記のとおりである。
（１）インバータ１０６に内蔵されるマイコンにより、交流発電機１０２と同じ周波数の基準正弦波が作成される。
（２）リレー１０８がオフされ、インバータ１０６は交流発電機１０２に接続された検出器１１７から交流発電機１０２の電圧位相を取得する。
（３）基準正弦波の電圧位相が、交流発電機１０２の電圧位相に合うように調節される。
（４）手順（３）での位相が合致した時点でリレー１０８がオンされ、インバータ１０６と交流発電機１０２の出力が接続される。
（５）交流発電機１０２に流出する電流値が検出器１１８により検出される。
（６）交流発電機１０２に流出する電流値が最大になるように、又基準正弦波に位相が合致するように、インバータ１０６の電流フィードバック制御が行われる。
【００３９】
次に、制御部１０７による、ハイブリッド発電システム１００の制御動作の詳細について説明する。制御部１０７はインバータ１０６を制御し、インバータ１０６の検出器１１６が、交流発電機１０２の出力電流を検出し、検出器１１５がＡＣ母線１１３の電圧を検出する。
【００４０】
又、ＡＣ母線１１３の電圧が許容できる範囲で、直流電源装置１０１からの電流が最大となるようにインバータ１０６の出力電流を上げるよう制御する。この動作はインバータ１０６の出力電圧を上げても、出力電流が増加しなくなるまで所望のゲインにて電流フィードバック制御が行われる。すなわち、システム内にて直流電源装置１０１の出力が最大となるよう制御が行われる。
【００４１】
一方、インバータ１０６の出力が一定電圧を維持している状態で、出力電流が減少していく場合は、気象条件等により直流電源装置１０１の出力が低下していると判断され、出力電流が低下しないレベルまで、インバータ１０６の出力電圧を低下させる制御を行う。
【００４２】
又、直流電源装置１０１の出力に応じて、切替部１０３の切り替え制御を行う。ここで、負荷１０９の消費電力Ｌ、交流発電機１０２の出力電力α、インバータ１０６の出力電力βのとき、Ｌ＝α＋βの関係で電力の需給バランスが保たれるとすると、インバータ１０６の出力電力βは、直流電源装置１０１の出力に依存して比較的大きな変動が生じる。
【００４３】
そこで、直流電源装置１０１の出力Ｐ１に閾値Ｔｈを設定し、この閾値Ｔｈに基いて切り替え制御を行い、直流発電機１０５又は交流発電機１０２を運転する。この閾値Ｔｈは、例えば、負荷１０９の消費電力Ｌに対する直流電源装置１０１の出力Ｐ１の比である。この閾値Ｔｈに基く切り替え制御は、例えば以下の表１のように行われる。
【００４４】
【表１】
2015111964.tif 000003
表１は、閾値Ｔｈに対する直流電源装置１０１の出力Ｐ１の値によって切替部１０３が切り替えられるときの、直流発電機１０５又は交流発電機１０２の運転状態を表わしている。直流電源装置１０１の出力Ｐ１が閾値Ｔｈを下回るときは、制御部１０７の指示により、切替部１０３が交流発電機１０２の側に切り替えられ、動力部１１９の動力が交流発電機１０２へ伝達され、上述した基本動作による運転が行われる。
【００４５】
又、直流電源装置１０１の出力Ｐ１が閾値Ｔｈを上回るときは、制御部１０７の指示により、切替部１０３が直流発電機１０５の側に切り替えられ、動力部１１９の動力が直流発電機１０５へ伝達される。これにより、交流発電機１０２は停止し、直流発電機１０５の出力がＤＣ−ＤＣコンバータ１１２の出力及びＤＣ−ＤＣコンバータ１０４の出力と並列に接続され、これらの合計出力がインバータ１０６へ入力される。このとき、負荷１０９への電力供給はインバータ１０６の出力電力のみとなる。
【００４６】
尚、直流電源装置１０１の出力が定格の９０％以上を維持しているときは、切替部１０３を中立位置、すなわち、動力部１１９の動力が直流発電機１０５、交流発電機１０２のいずれにも伝達しないように制御して両方の発電機を停止させ、インバータ１０６への入力が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４とＤＣ−ＤＣコンバータ１１２の合計出力となるようにしても良い。
【００４７】
更に、インバータ１０６の制御を、一般的なパワーコンディショナが自律運転する際と同様の定電圧出力動作をさせるために電圧フィードバック制御に変更する。以下に、インバータ１０６の電圧フィードバック制御の手順を説明する。
（１）インバータ１０６に内蔵されるマイコンにより、交流発電機１０２と同じ周波数の基準正弦波が作成される。
（２）基準正弦波の電圧位相は、スイッチ１０３が切り替わる前と同じに保つ。（随時、交流発電機１０２の電圧位相を検出器１１７により検出し、同期が保たれるよう補正を行う。）
（３）ＡＣ母線１１３の電圧値を検出器１１５により検出する。
（４）ＡＣ母線１１３の電圧が許容範囲内であることをモニタし、且つ一定電圧が保たれるよう、電圧フィードバック制御を行う。
【００４８】
上記の切替部１０３の切り替え動作及び出力制御の変更は、制御部１０７が、負荷１０９の消費電力及び直流電源装置１０１の出力電力を比較して交流発電機１０２及び切替部１０３に指示を行い実施される。尚、気象条件が時刻単位で不規則に変化すると直流電源装置１０１の出力が頻繁に増減する場合がある。このような場合、切替部１０３の切り替えがあまり高速に切り替えられると、交流発電機１０２又は直流発電機１０５への動力伝達制御及びインバータ１０６との同期が困難となるため、スイッチ１０３の切り替え制御は、切り替えが必要な状態が一定時間以上、例えば３０分以上継続する場合に切り替えを行うように予め設定すると良い。
【００４９】
以上、商用電力系統から独立した自立型の交流発電機１０２及び直流発電機１０５と、太陽電池等の再生可能エネルギーを用いる電源装置１０１を備えたハイブリッド発電システム１００について説明したが、変形例として、図１の構成において交流発電機１０２を使用せず、インバータ１０６の出力を図示しない商用電力系統に接続する構成とすることも可能である。この場合、切替部１０３は不要であり、動力部１１９と直流発電機１０５が直結される。
【００５０】
実施形態１によれば、直流電源装置１０１の出力が十分高く、負荷１０９への電力供給がインバータ１０６の出力のみとなるとき、直流電源装置１０１と並行して直流発電機１０５の出力がインバータ１０６へ入力される。したがって、インバータ１０６への入力電力は交流から直流への変換に伴う電力損失を含まないため、システムの発電効率が向上する。
【００５１】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図２を参照して説明する。図２は、ハイブリッド発電システム２００のブロック図である。図２において、実施形態１と同一部分は同一符号で示している。
【００５２】
実施形態１において、直流発電機１０５の出力は、交流発電機１０２に比較して小さい出力でよい。つまり、直流発電機１０５に要する動力は、交流発電機１０２に要する動力よりも小さい動力でよい。
【００５３】
そこで、本実施形態では、動力部１１９よりも小規模な動力部２０２と、切替部２０１を用いる。そして、直流発電機１０５を動力部２０２により運転し、交流発電機１０２を動力部１１９により運転し、動力部１１９と動力部２０２の切り替えを切替部２０１により行う。尚、切替部２０１は、制御部１０７からの指示を受けて動力部１１９又は動力部２０２を動作させるスイッチである。
【００５４】
尚、図示は省略するが、動力部１１９と動力部２０２は、１つの燃料系統を備えてもよいし、別々に備えてもよい。又、発電に係る動作説明は実施形態１と同様であり、詳しい説明は省略する。
【００５５】
実施形態２によれば、直流発電機１０５と交流発電機１０２を各々別の動力部で運転するようにしたので、各々の動力部の規模を最適化できる。これにより、特に動力部２０２の発電量に対する燃料消費を抑制できるため、システムの発電効率がより向上する。
【００５６】
〔実施形態３〕
本発明の更に他の実施形態について、図３を参照して説明する。図３は、ハイブリッド発電システム３００のブロック図である。図３において、実施形態１又は２と同一部分については、同一符号で示している。
【００５７】
実施形態１、２で説明した回転式発電機の出力制御範囲は、発電効率低下の抑制や運転信頼性の低下を抑制するため、一般的には定格の３０〜１００％の範囲で運転される。しかし、上述した実施形態において、直流電源装置１０１の出力Ｐ１の値によっては、負荷１０９の消費電力との需給バランスをとるために、交流発電機１０２の運転を定格の３０％付近或いはこれ以下で行うか、直流電源装置１０１の出力を敢えて抑制する必要が生じてしまい、このような運転は、発電効率や運転信頼性において好ましいとはいえない。
【００５８】
そこで、このような状況を回避するため、本実施形態では、実施形態１又は２とは異なる切替部３０１と、動力部３０２、３０４と、交流発電機３０３、３０５とを備える。又、交流発電機３０５とＡＣ母線１１３との間を介在するリレー３０６、検出器３０７、３０８を備えている。検出器３０７、３０８の動作は、検出器１１７、１１８と同じであり、説明は省略する。
【００５９】
動力部３０２、３０４と交流発電機３０３、３０５は、実施形態２における動力部１１９と交流発電機１０２を２分割としたものであり、交流発電機１０２の必要定格出力を１とした場合、１／２定格出力の交流発電機３０３、３０５を２台用意し、この合計出力にて定格を満たすようにする。動力部３０２、３０４においても同様である。又、交流発電機の必要定格出力は、直流電源装置１０１の定格出力に等しい値とし、直流電源装置１０１の定格出力をＰｍａｘとすると、交流発電機３０３、３０５の各々の定格出力は、１／２Ｐｍａｘである。
【００６０】
本実施形態では、直流電源装置１０１の出力状況に応じて、直流発電機１０５、交流発電機３０３、３０５をそれぞれ個別に運転する。つまり、直流電源装置１０１の出力Ｐ１に対して閾値Ｔｈを複数設定し、この複数の閾値Ｔｈに基いて切替部３０１を切り替えて直流発電機１０５、交流発電機３０３、３０５の運転が行われる。この閾値Ｔｈは、例えば、負荷１０９の消費電力Ｌに対する直流電源装置１０１の出力Ｐ１の比であり、この複数の閾値Ｔｈに基く切り替え制御は、例えば以下の表２のように行われる。
【００６１】
【表２】
2015111964.tif 000004
表２は、第１の閾値であるＴｈ１、第２の閾値であるＴｈ２に対する直流電源装置１０１の出力Ｐ１の値によって、切替部３０１が切り替えられるときの、直流発電機１０５又は交流発電機３０３、３０５の運転状態を表わしている。尚、閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２の大小関係は、Ｔｈ１＜Ｔｈ２とする。
【００６２】
表２において、直流電源装置１０１の出力Ｐ１が、閾値Ｔｈ１に対してＰ１＜Ｔｈ１の関係を維持している場合は、制御部１０７の指示により、切替部３０１が動力部３０２、３０４に切り替えられ、動力部３０２、３０４の動力により交流発電機３０３、３０５が運転される。又、直流電源装置１０１の出力Ｐ１が、閾値Ｔｈ１を下回る値から、閾値Ｔｈ１を上回る値へ変移した場合、リレー３０６を開いて交流発電機３０５をＡＣ母線１１３から解列した後、交流発電機３０３の出力が規定出力まで上昇するまでの間、不足電力を蓄電部１１１から出力して補完しても良い。又、交流発電機３０５は、解列後に速やかに運転を停止させる。
【００６３】
又、直流電源装置１０１の出力Ｐ１が、閾値Ｔｈ１及び閾値Ｔｈ２に対してＴｈ１＜
Ｐ１＜Ｔｈ２の関係にある場合は、制御部１０７の指示により、切替部３０１が動力部３０２に切り替えられ、交流発電機３０３のみが運転される。
【００６４】
又、直流電源装置１０１の出力Ｐ１が、閾値Ｔｈ２を下回る値から閾値Ｔｈ２を上回る値へ変移した場合、直流発電機１０５が起動して出力が安定するまでの間、リレー１２１を閉じたまま交流発電機３０３の運転を継続し、直流発電機１０５の出力の安定後に切替部３０１を動力部２０２へ切り替えた後、交流発電機３０３を停止させ、リレー１２１を解列しても良い。
【００６５】
又、直流電源装置１０１の出力Ｐ１が、閾値Ｔｈ２に対してＴｈ２＜Ｐ１の場合は、制御部１０７の指示により、切替部３０１が動力部２０２に切り替えられ、直流発電機１０５が運転される。
【００６６】
尚、直流電源装置１０１の出力が定格の９０％以上を維持しているときは、切替部３０１を中立位置、すなわち、動力部２０２、３０２、３０４の全てを停止するよう制御することで、直流発電機１０５と交流発電機３０３、３０５を停止させ、インバータ１０６への入力が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４とＤＣ−ＤＣコンバータ１１２の合計出力となるようにしても良い。
【００６７】
各発電機の運転について、より具体的に説明すると、例えば、負荷１０９の消費電力が１０ｋＷの場合、直流電源装置１０１の定格出力を１０ｋＷ、交流発電機３０３、３０５の定格出力を各々５ｋＷ、直流発電機１０５の定格出力を２．５ｋＷとする。そして、インバータ１０６の、交流発電機との連系運転可能範囲が、例えば、インバータ出力７．５ｋＷ＋交流発電機出力２．５ｋＷの状態を満たすとして、Ｔｈ１を５０％、Ｔｈ２を７５％と設定した場合、Ｐ１＜５０％の場合は、交流発電機３０３、３０５が、各々定格の５ｋＷで運転する。
【００６８】
５０％＜Ｐ１＜７５％の場合は、交流発電機３０３が５ｋＷ〜２．５ｋＷの範囲で運転する。つまり、交流発電機３０３は、定格〜定格の５０％の範囲で運転する。又、７５％＜Ｐ１＜９０％の間は、直流発電機１０５が２．５ｋＷ〜１ｋＷの範囲で運転する。つまり、直流発電機１０５は、定格〜定格の４０％の範囲内で運転することとなる。
【００６９】
実施形態３によれば、負荷１０９へ電力を供給する交流発電機の数を複数としたので、インバータ１０６の出力と交流発電機の連系運転で負荷１０９への電力供給が行われる際に、直流電源装置１０１の発電状態に合わせて、負荷１０９の消費電力に対する交流発電機の出力電力、換言すると、交流発電機の運転数を制御することができる。
【００７０】
したがって、動力部における燃料消費をきめ細かく制御できるのでシステムの発電効率が更に向上する。又、各発電機の出力制御は４０〜１００％の範囲で運転可能となるため、直流電源装置１０１の出力を抑制することなく、運転信頼性の高い発電システムを構築できる。
【００７１】
〔実施形態４〕
実施形態３の変形例としての実施形態について、図４を参照して説明する。図４は、ハイブリッド発電システム４００のブロック図である。図４において、実施形態３と同一部分については、同一符号で示している。本実施形態の要部について実施形態３と異なる点は、動力部３０４と交流発電機３０５に代えて、動力部４０４と直流発電機４０５を備える点である。
【００７２】
実施形態３では、インバータ１０６の交流発電機との連系運転可能範囲として、負荷消費電力の７５％出力を満足する場合の動作説明を例示したが、インバータの連系可能出力はこの限りではなく、上記の比率を下回る場合も考えられる。
【００７３】
このように、インバータ出力と交流発電機出力とのバランスの都合によっては、交流発電機と直流発電機の台数を適宜変更すると良い。例えば、本実施形態では、直流電源装置１０１の定格出力がＰｍａｘの場合、交流発電機３０３の定格出力をＰｍａｘ、直流発電機１０５、４０５の定格出力を各々１／４Ｐｍａｘとして説明する。又、本実施形態での各発電機の運転状態の切り替え制御は、例えば以下の表３のように行われる。尚、閾値Ｔｈの条件は実施形態３と同じである。
【００７４】
【表３】
2015111964.tif 000005
表３において、直流電源装置１０１の出力Ｐ１が、閾値Ｔｈ１に対してＰ１＜Ｔｈ１の関係を維持している場合は、制御部１０７の指示により、切替部３０１が動力部３０２に切り替えられ、動力部３０２の動力により交流発電機３０３が運転される。
【００７５】
又、直流電源装置１０１の出力Ｐ１が、閾値Ｔｈ１及び閾値Ｔｈ２に対してＴｈ１＜
Ｐ１＜Ｔｈ２の関係にある場合は、制御部１０７の指示により、切替部３０１が動力部２０２、４０４に切り替えられ、直流発電機１０５、４０５が運転される。
【００７６】
又、直流電源装置１０１の出力Ｐ１が、閾値Ｔｈ２に対してＴｈ２＜Ｐ１の場合は、制御部１０７の指示により、切替部３０１が動力部２０２に切り替えられ、直流発電機１０５のみが運転される。
【００７７】
尚、直流電源装置１０１の出力が定格の９０％以上を維持しているときは、切替部３０１を中立位置、すなわち、動力部２０２、３０２、４０４の全てを停止するよう制御することで、全ての発電機を停止させ、インバータ１０６への入力が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０４とＤＣ−ＤＣコンバータ１１２の合計出力となるようにしても良い。
【００７８】
各発電機の運転について、より具体的に説明すると、例えば、負荷１０９の消費電力が１０ｋＷの場合、直流電源装置１０１の定格出力を１０ｋＷ、交流発電機３０３の定格出力を１０ｋＷ、直流発電機１０５、４０５の定格出力を各々２．５ｋＷとする。そして、インバータ１０６の、交流発電機との連系運転可能範囲が、例えば、インバータ出力５ｋＷ＋交流発電機出力５ｋＷの状態を満たすとして、Ｔｈ１を５０％、Ｔｈ２を７５％と設定した場合、Ｐ１＜５０％の場合は、交流発電機３０３が定格〜定格の５０％までの範囲内で運転する。
【００７９】
５０％＜Ｐ１＜７５％の場合は、直流発電機１０５、４０５が合計で５ｋＷ〜２．５ｋＷの範囲で運転する。つまり、直流発電機１０５、４０５は共に定格〜定格の５０％の範囲で運転する。又、７５％＜Ｐ１＜９０％の間は、直流発電機１０５が２．５ｋＷ〜１ｋＷの範囲で運転する。つまり、直流発電機１０５は、定格〜定格の４０％の範囲内で運転することとなる。
【００８０】
尚、上記において、インバータ１０６の、交流発電機との連系運転可能範囲が、インバータ出力５ｋＷ＋交流発電機出力５ｋＷの状態を満たす場合で説明したがこの限りではなく、実施形態３で説明した、インバータ１０６の連系運転可能範囲が負荷消費電力の７５％程度の出力を満足する場合を除く（例えば、インバータ１０６の連系運転可能範囲として、負荷消費電力の６０％出力しか満足しない等）、つまり、負荷消費電力の５０％以上７５％未満の範囲において好適に適用できる。
【００８１】
更に、詳細な説明は省略するが、インバータ１０６の連系運転可能範囲が負荷消費電力の５０％未満まで、つまり、交流発電機３０３の発電量が常にインバータ１０６の出力を上回っていないと連系できない場合は、上述した回転式発電機の一般的な出力制御範囲（定格〜定格の３０％が目安）を考慮した上で、直流発電機の台数を３台以上とすれば良い。この場合でも、交流発電機は、定格出力がＰｍａｘのもの１台となる。
【００８２】
又、交流発電機３０３の出力とＤＣ母線１１４との間にＡＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）を介在させ、インバータ１０６の出力Ｐ１が連系運転可能範囲を上回り、Ｔｈ１（ここでは定格の５０％）に達するまでの間は、リレー１２１を開いて交流発電機３０３をＡＣ母線１１３から解列した上で、ＡＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）の出力である直流電力をＤＣ母線１１４へ給電し、Ｐ１＞Ｔｈ１となってから交流発電機３０３を停止して直流発電機１０５、４０５を運転させることもできる。この場合、直流発電機は２台で済む。
【００８３】
本実施形態においても、各発電機の出力制御は４０〜１００％の範囲で運転可能となるため、直流電源装置１０１の出力を抑制することなく、運転信頼性の高い発電システムを構築できる。
【００８４】
〔実施形態５〕
本発明の別の実施形態について、図５、６を参照して説明する。図５は、ハイブリッド発電システム５００のブロック図である。図６は、図５の一部詳細図である。図５において、実施形態１〜４と同一部分は、同一符号で示している。本実施形態が実施形態１〜４と異なる点は、集光集熱部５０１及び蓄熱部５０３と、動力部５０２を備える点である。
【００８５】
又、図５において、集光集熱部５０１及び蓄熱部５０３と、動力部５０２は、図１に集光集熱部５０１及び蓄熱部５０３を追加し、動力部１１９を動力部５０２に置き換えて示している。これ以外にも、図２の動力部１１９、２０２をそれぞれ動力部５０２に置き換えて、集光集熱部５０１及び蓄熱部５０３をそれぞれの動力部に接続しても構わない。同様に、図３の動力部２０２、３０２、３０４をそれぞれ動力部５０２に置き換えて、集光集熱部５０１及び蓄熱部５０３をそれぞれの動力部に接続しても構わない。
【００８６】
先ず、図５を参照し本実施形態の概要を説明する。実施形態１〜４では直流電源装置１０１以外の発電機の動力部にエンジン等の内燃機関を用いたが、本実施形態では、集光集熱部５０１で熱エネルギーを生成し、この熱エネルギーを動力源として動力部５０２を駆動する。
【００８７】
次に、図６を参照し、より詳しい構成と動作を説明する。集光集熱部５０１は、太陽光を１か所に集中させるための集光器５０４と、集光された太陽光を受けて熱エネルギーとして出力する熱変換器５０５を備えている。蓄熱部５０３は特に詳細には図示しないが、例えば蓄熱タンク等を用いることができる。動力部５０３には例えば、蒸気タービン等を用いることができる。
【００８８】
集光器５０４は、鏡や反射板或いはレンズ等からなり、太陽光を１か所に集中させる。又、集光器５０４は、太陽光の照射方向に合わせて集光方向を可動可能とするとより好ましい。集光器５０４で集められた太陽光エネルギーは熱変換器５０５へ送られて熱に変換され、変換された熱エネルギーが動力部５０２へ送られる。動力部５０２では、熱変換器５０５から受けた熱エネルギーにより蒸気タービンを回転させ、直流発電機１０５又は交流発電機１０２の動力を発生する。
【００８９】
又、蓄熱部５０３は、日照時間内の熱エネルギーの余剰分を蓄熱し、夜間等に集熱部５０１からの熱エネルギーが得られないときに、動力部５０２へ熱エネルギーを伝達する。尚、本実施形態において、上記した以外の発電に係る動作は実施形態１と同様であり、詳しい説明は省略する。
【００９０】
実施形態５によれば、直流発電機１０５及び交流発電機１０２の運転においても再生可能エネルギーを用いるので、システム全体の再生可能エネルギーによる発電効率が向上する。
【００９１】
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなく、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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明によるハイブリッド発電システムは、商用電力系統との連系システムも含めた、発電システム全般に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１００、２００、３００、４００、５００  ハイブリッド発電システム
１０１  直流電源装置
１０５、４０５  直流発電機
１０２、３０３、３０５  交流発電機
１０３、２０１、３０１  切替部
１０４、１１２  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０６  インバータ
１０７  制御部
１０８、１２０、１２１、３０６  リレー
１０９  負荷
１１１  蓄電部
１１３  ＡＣ母線
１１４  ＤＣ母線
１１５  電圧検出器
１１７、３０７  位相検出器
１１６、１１８、３０８  電流検出器
１１９、２０２、３０２、３０４、４０４、５０２  動力部
５０１  集光集熱部
５０３  蓄熱部
５０４  集光器
５０５  熱変換器
【図１】
2015111964.tif 000006
【図２】
2015111964.tif 000007
【図３】
2015111964.tif 000008
【図４】
2015111964.tif 000009
【図５】
2015111964.tif 000010
【図６】
2015111964.tif 000011
【図７】
2015111964.tif 000012