(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機によって駆動される発電機と、
前記発電機の出力側に設けられ直流―交流電力を相互に電力変換する第２双方向電力変換器と、
前記第２双方向電力変換器の出力側に設けられ、直流―交流電力を相互に電力変換する第１双方向電力変換器と、
前記第２双方向電力変換器と前記第１双方向電力変換器との間の直流回路に接続される蓄電装置と、
前記第１双方向電力変換器を制御する制御装置と、を備え、
電力系統が停電でない場合は、前記第１双方向電力変換器の出力側を、電力負荷に近い電力系統に接続すると共に、前記制御装置が、前記電力系統の電力変動を検出し、その電力変動が急峻な時は前記蓄電装置の出力電圧によって電力変動分を打消すように、また、電力変動が緩やかな時は前記発電機の出力電圧によって電力変動分を打消すように前記第１双方向電力変換器を制御し、
電力系統の停電を検知したときに、前記第１双方向電力変換器の出力側を電力負荷に接続し、前記発電機から前記第２双方向電力変換器および前記第１双方向電力変換器を介して前記電力負荷へ電力を供給すると共に、前記制御装置が、前記電力負荷の電力変動を検出し、その電力変動分を前記発電機および前記蓄電装置の出力電力で打消すように前記第１双方向電力変換器を制御し、前記電力負荷へ安定した電力を供給することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記発電機として電動発電機を用いると共に、
前記原動機の起動時に前記第２双方向電力変換器を制御して、前記蓄電装置の電力で前記電動発電機を駆動させ前記原動機を始動することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記原動機によって駆動される前記発電機と、前記発電機の出力側に設けられ直流―交流電力を相互に電力変換する第２双方向電力変換器を１ユニットとして複数設け、前記各ユニットを前記第２双方向電力変換器の出力直流部で並列接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記第１双方向電力変換器の出力側が前記電力負荷に接続されていない時に、前記原動機を駆動すると共に、前記第２双方向電力変換器を制御して、前記発電機の電力で前記蓄電装置を充電することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力負荷に安定した電力を供給する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油依存度を低減し、地球の温暖化に影響のあるＣＯ２の排出量を削減するための一手段として、電力系統に風力や太陽光等の再生可能エネルギーを用いた発電設備を設置することが増加しつつある。
【０００３】
風力発電や太陽光発電等の再生可能エネルギーを利用した発電設備は、自然環境の条件によって左右されやすく、その設備から出力される電力は、常に変動している。そのため、再生可能エネルギー設備から出力される電力をそのまま電力系統に出力すると、離島等の電力系統が弱い電力系統では、その影響が及び、場合によっては、電力系統の電力に周波数変動等を生じさせることがある。
【０００４】
このような問題を解決するものとして、電力供給システム（特許文献１参照）や発電装置（特許文献２参照）などが提案されている。特許文献１に記載された電力供給システム（以下、従来例１とする）及び特許文献２に記載された発電装置（以下、従来例２とする）では、直流電力系統を介して再生可能エネルギー設備を発電設備および蓄電設備と接続して、再生可能エネルギー設備から出力される電力変動を発電設備及び蓄電設備で吸収し、その直流電力系統の直流電力を電力変換器で一定の交流周波数の電力に変換して、電力系統、あるいは、電力負荷へ安定した電力を供給するように構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１００５０４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３５５１７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、従来のものは、再生可能エネルギー設備ごとに直流電力系統を介して発電設備および蓄電池設備を設ける必要がある。しかも、再生可能エネルギー設備はいろいろな場所に設置され、また、その発電出力も産業用の大きなものから家庭用の小さなものまで、種々存在しているので、それぞれの再生可能エネルギー設備ごとに発電設備および蓄電池設備を設けることは、実際には不可能に近いものである。
しかも、電力系統が停電した場合には、電力負荷へは全く電力が供給されなくなり、安定した電力供給が望まれる電力負荷へは、別途、非常用発電装置等を設ける必要がある。
【０００７】
このように従来の電力供給システムは、再生可能エネルギー側と電力負荷側にそれぞれ発電設備を設けなければならず、設備投資が大きなものとなっている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る発電装置は、原動機によって駆動される発電機と、前記発電機の出力側に設けられ直流―交流電力を相互に電力変換する第２双方向電力変換器と、前記第２双方向電力変換器の出力側に設けられ、直流―交流電力を相互に電力変換する第１双方向電力変換器と、前記第２双方向電力変換器と前記第１双方向電力変換器との間の直流回路に接続される蓄電装置と、前記第１双方向電力変換器を制御する制御装置と、を備え、電力系統が停電でない場合は、前記第１双方向電力変換器の出力側を、電力負荷に近い電力系統に接続すると共に、前記制御装置が、前記電力系統の電力変動を検出し、その電力変動が急峻な時は前記蓄電装置の出力電圧によって電力変動分を打消すように、また、電力変動が緩やかな時は前記発電機の出力電圧によって電力変動分を打消すように前記第１双方向電力変換器を制御し、電力系統の停電を検知したときに、前記第１双方向電力変換器の出力側を電力負荷に接続し、前記発電機から前記第２双方向電力変換器および前記第１双方向電力変換器を介して前記電力負荷へ電力を供給すると共に、前記制御装置が、前記電力負荷の電力変動を検出し、その電力変動分を前記発電機および前記蓄電装置の出力電力で打消すように前記第１双方向電力変換器を制御し、前記電力負荷へ安定した電力を供給することを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明の実施形態に係る発電装置は、前記発電機として電動発電機を用いると共に、前記原動機の起動時に前記第２双方向電力変換器を制御して、前記蓄電装置の電力で前記電動発電機を駆動させ前記原動機を始動することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の実施形態に係る発電装置は、前記原動機によって駆動される前記発電機と、前記発電機の出力側に設けられ直流―交流電力を相互に電力変換する第２双方向電力変換器を１ユニットとして複数設け、前記各ユニットを前記第２双方向電力変換器の出力直流部で並列接続したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の実施形態に係る発電装置は、前記第１双方向電力変換器の出力側が前記電力負荷に接続されていない時に、前記原動機を駆動すると共に、前記第２双方向電力変換器を制御して、前記発電機の電力で前記蓄電装置を充電することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態に係る発電装置は、電力系統に電力変動が生じても、電力負荷に安定した電力が給電でき、しかも、再生可能エネルギー設備ごとに発電装置や蓄電装置を設ける必要がなく、安定した電力が必要な電力負荷にのみ設置すればよいので、設備投資の削減が図れると共に、それに伴うメンテナンスの軽減ができ、また、既存の電力負荷にも後付で設置が可能である。
【００１６】
また、何らかの原因で電力系統に停電が生じても、発電装置を電力負荷に対する非常用発電装置として機能させ、引き続き電力負荷に対して安定した電力を供給できる。しかも、電力負荷に電力変動が生じてもその変動を抑制できる。
【００１７】
更に、本発明の実施形態に係る発電装置は、電力系統に接続していない場合も、電力系統の停電を検知して原動機を始動させ、電力負荷に対して安定した電力を供給できる。
この場合、電力系統が停電し、原動機が起動完了するまでの期間、蓄電装置から電力負荷に対し電力が供給できるので、停電時間を非常に短くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の発電装置を電力系統に接続する場合の構成図である。（実施例１）
【図２】本発明の発電装置を電力負荷に接続する場合の構成図である。（実施例２）
【図３】複数のユニットから成る本発明の発電装置を電力系統に接続する場合の構成図である。（実施例５）
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１９】
図１は、再生可能エネルギー設備である風力発電装置２２や太陽光発電装置２３が商用電源２０の電力系統２１に接続されており、電力負荷３０に近い電力系統２１に本発明の発電装置１が接続されている状態を示したものである。
【００２０】
図において、本発明の発電装置１は、原動機１０で駆動される発電機１１と、発電機１１から出力される交流電力を直流電力に変換する電力変換器１２と、この電力変換器１２の出力側と電力系統２１との間に設けられ、直流電力を交流電力に、また交流電力を直流電力に相互に電力変換する第１双方向電力変換器１３と、電力変換器１２の出力側である直流回路に接続され、その直流電力によって充放電を行う蓄電装置１４と、電力負荷３０に近い電力系統２１の電力変動を検出し、第１双方向電力変換器１３を制御する制御装置１５とから構成されている。
【００２１】
制御装置１５は、電力系統２１の電力が変動して低下すると、蓄電装置１４から、その低下した分の電力を電力系統２１へ放電させ、逆に上昇するとその上昇した分の電力を蓄電装置１４で吸収（充電）するよう第１双方向電力変換器１３を制御する。  
尚、蓄電装置１４による充放電は、主に電力系統２１の電力変動が急峻な時に行われ、緩やかな変動に対しては、発電機１１側で行われる。
【００２２】
このように構成した本発明の発電装置１を電力負荷３０に近い電力系統２１に接続することにより、たとえ、再生可能エネルギー設備によって電力系統２１に電力変動が生じても、その変動分の電力が本発明の発電装置１によって吸収されるので、電力負荷３０には電力変動のない、安定した電力を供給することができる。
【００２３】
また、本発明の発電装置１は、安定した電力供給が必要な電力負荷の電力系統にのみ接続すればよく、従来のように再生可能エネルギー設備ごとに発電設備および蓄電装置を設ける必要がないことから、設備投資を抑制することができ、それに伴うメンテナンスも削減できる効果がある。
【００２４】
更に、この状態で電力系統が停電になると、制御装置１５の検出先を図２のように第１双方向電力変換器１３の出力側に変更し、電力負荷３０には発電機１１から電力変換器１２と第１双方向電力変換器１３を介して電力が供給される。この状態で、電力負荷３０に電力変動が生じると、その変動を制御装置１５で検出し、その電力変動を蓄電装置１４および発電機１１の出力電力で打消すように第１双方向電力変換器１３を制御するので、電力負荷３０には引き続き電力変動のない、安定した電力を供給することができる。
【００２５】
このように本発明の発電装置は、電力系統２１に接続し、電力系統２１の電力変動を吸収するだけでなく、電力系統２１に停電が発生しても、電力負荷３０に電力供給でき、しかも、電力変動を吸収して、電力負荷３０に安定した電力が供給できるので、別途、停電した場合に電力供給する非常用の発電装置を設ける必要がなく、電力供給システムとしての簡素化が図れる。
【００２６】
尚、風力発電装置２２は風力発電機２４と、その発電機２４から出力される可変周波数の電力を一定周波数の電力に変換する交流―交流電力変換器２５とから構成され、太陽光発電装置２３は太陽光セル２６と、そのセル２６から出力される直流電力を一定周波数の交流電力に変換する直流―交流電力変換器２７とから構成されている。
【００２７】
また、１６、１７は開閉器で、電力負荷３０に電力系統２１から電力を供給する場合は開閉器１６を閉じており、本発明の発電装置１と共に電力負荷３０へ電力を供給する場合は開閉器１７も閉じた状態である。  
更に、発電装置１からのみ電力負荷３０に電力を供給する場合は、開閉器１６は開き、開閉器１７は閉じた状態である。
【実施例２】
【００２８】
図２は、本発明の発電装置１を商用電源２０の電力系統２１に接続せずに待機させておき、電力系統２１が停電になった時に、その停電を検知して原動機１０を始動し、発電機１１から直接電力負荷３０へ電力を供給する非常用電源装置として機能する場合の説明図である。
【００２９】
図１と異なる点は、制御装置１５で検出する対象を電力系統２１ではなく、第１双方向電力変換器１３の出力側、即ち電力負荷３０の電力を検出する点と、図示していないが、電力系統２１の停電を検出し、原動機１０を始動する点と、電力系統２１の開閉器１６は開き、第１双方向電力変換器１３の出力側の開閉器１７を閉じる点が異なるのみで、他の構成は、図１に示した構成と同じである。
【００３０】
このように構成した本発明の発電装置１は、商用電源２０の電力系統２１に停電が生じると原動機１０が起動し、発電機１１から電力変換器１２、第１双方向電力変換器１３、開閉器１７を介して電力負荷３０へ電力を供給する。また、この状態で電力負荷３０に電力変動が生じると、その変動を制御装置１５で検出し、その電力変動を蓄電装置１４および発電機１１の出力電力で打消すように第１双方向電力変換器１３を制御する。
【００３１】
このように本発明の発電装置１は、商用電源２０の電力系統２１に停電が生じた場合に、自動的に原動機１０を起動させ、発電機１１から電力負荷３０に電力供給する非常用電源装置として機能させることができる。しかも、電力負荷３０に急峻な電力変動が生じてもその変動を蓄電装置１４の充放電によって吸収できるので、電力負荷３０へは安定した電力を供給することができる。
【実施例３】
【００３２】
また、本発明の発電装置１は、電力変換器１２を、直流電力を交流電力に、また交流電力を直流電力に相互に電力変換できる第２双方向電力変換器１２ａに置き換えると共に、発電機１１を電動発電機１１ａに置き換えている。原動機１０を始動させる時には、第２双方向電力変換器１２ａを制御することにより蓄電装置１４の電力で電動発電機１１ａを駆動させることで、原動機１０を始動させる。
【００３３】
このように構成することにより、原動機１０を始動させるために、従来必要であったセルモータやバッテリが必要なくなり、より一層構成を簡素化できる。
【実施例４】
【００３４】
また、本発明の発電装置１は、電力系統２１に停電が生じ原動機１０が起動完了するまでの間、制御装置１５によって第１双方向電力変換器１３を制御し、蓄電装置１４から電力負荷３０へ電力を供給する。
このように構成することにより、電力系統２１に停電が生じても、電力負荷３０へは非常に短時間で電力供給が再開でき、電力負荷の停止期間を短時間に抑えることができる。
【実施例５】
【００３５】
図３は、本発明の発電装置１を、原動機１０によって駆動される発電機１１と、その出力を直流電力に変換する電力変換器１２とを１ユニットとして構成し、その複数のユニットを電力変換器１２の出力側の直流回路に並列状態で接続したものである。
【００３６】
このように構成することにより、発電機１１間を同期投入するような特別な装置も削減でき、また、何らかの原因でいずれかのユニットに不具合が生じても、電力負荷３０へは引き続き健全なユニットで電力が供給でき、発電装置としての冗長性を高めることができる。
【実施例６】
【００３７】
また、本発明の発電装置１は、原動機１０が停止している時に、開閉器１６、１７を介して電力系統２１と第１双方向電力変換器１３を接続すると共に、第１双方向電力変換器１３を制御して、電力系統２１の電力で蓄電装置１４を充電することにより、別途充電装置の設置を省略することができる。
【実施例７】
【００３８】
また、本発明の発電装置１は、第１双方向電力変換器１３の出力側が開閉器１７で開かれ、何も接続されていない時に、原動機１０を駆動すると共に、第２双方向電力変換器１２ａを制御して、発電機１１の電力で蓄電装置１４を充電するようにしても実施例６と同じく別途充電装置の設置を省略することができる。
【００３９】
以上述べたように、本発明の発電装置は、電力負荷に電力を供給する電力系統に連系することにより、再生可能エネルギー設備の電力変動によって電力系統に電力変動が生じても、その電力変動を吸収し、電力負荷に安定した電力を供給できるので、従来のように再生可能エネルギー設備ごとに発電設備および蓄電装置を設ける必要がなく、しかも、電力系統が停電になっても、引き続き電力負荷に安定した電力を供給できるので、別途、非常用発電装置等を設ける必要がなく、設備投資を抑制でき、また、商用電源と連系しない場合は、商用電源が停電した場合に自動的に原動機が始動して電力負荷へ電力を供給する非常用発電装置として機能し、しかも、電力負荷に電力変動が生じてもその変動を抑制し、安定した電力を供給できるものである。
【００４０】
また、商用電源が停電し、原動機が起動完了するまでの期間、蓄電装置から電力負荷に電力が供給できるので、電力負荷の停電期間を非常に短くでき、電力負荷に対して無停電で安定した電力を供給できるものである。
更には、原動機を始動させるバッテリやセルモータ、及び蓄電装置を充電するための充電装置を別途設ける必要がなく、機器構成の簡素化が図れるものである。
【符号の説明】
【００４１】
１…発電装置、１０…原動機、１１…発電機、１１ａ…電動発電機、１２…電力変換器、１２ａ…第２双方向電力変換器、１３…第１双方向電力変換器、１４…蓄電装置、１５…制御装置、１６、１７…開閉器、２０…商用電源、２１…電力系統、２２…風力発電装置、２３…太陽光発電装置、２４…風力発電機、２５…交流―交流電力変換器、２６…太陽光セル、２７…直流―交流電力変換器、３０…電力負荷
【図１】
0006552198.tif 000002
【図２】
0006552198.tif 000003
【図３】
0006552198.tif 000004