(57)【要約】【課題】定常運転時の負荷容量を満足した発電容量の発電機で、系統に始動電流が発生しても瞬時に応答して安定化制御することができる発電装置を提供すること。【解決手段】発電部２の発電電力をコンバータ１１で直流電力に変換し、インバータで商用周波数の商用交流電圧にして系統に出力する自家用発電機の不足電力を電力会社からの買電により補充する電力供給系であって、系統に始動電流が発生し、電力の供給不足が発生したとき電気二重層キャパシタ４から給電して、平滑化し、安定した電力を給電する。【選択図】      図１
2004180469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電電力を直流電力に変換しこの直流電流を商用周波数の商用交流電圧にして系統に出力する自家用発電機と、
前記直流電力が発生する端子に接続された電気二重層キャパシタと、
前記系統に接続され前記自家用発電機出力の不足電力を補充するための商用電力回路と、
前記系統に始動電流が発生し、電力の供給不足が発生したとき前記電気二重層キャパシタから給電する電力給電手段と
を具備してなることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記電気二重層キャパシタは、前記自家用発電機の起動時に、直流電力を前記自家用発電機の起動用の交流電力に変換するインバータを介して前記自家用発電機に給電する給電回路に接続されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記電気二重層キャパシタは、前記系統から充電し、前記直流回路に放電する充放電回路に接続されることを特徴とする請求項１又は２記載の発電装置。
【請求項４】
前記直流電力が発生する端子には、前記電気二重層キャパシタおよび蓄電池が接続されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の発電装置。
【請求項５】
交流電力を発電する発電部と、
この発電部の出力端子に接続され前記交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
このコンバータの出力端子に接続され前記直流電力を商用周波数の商用交流電圧に変換するインバータと、
前記コンバータ出力の前記直流電力が発生する端子に接続された前記電気二重層キャパシタと、
前記電気二重層キャパシタおよび前記直流電力が発生する端子の接続部と前記コンバータ出力端子との間に接続された第１の開閉回路と、
前記インバータの出力端子に接続された第２の開閉回路と、
この第２の開閉回路と前記インバータの出力端子の接続部に接続された前記発電部の起動回路と
を具備してなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、系統に始動電流が発生しても安定な電力を出力する発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自家用発電装置としては、太陽光発電機、風力発電機、ガソリンエンジン発電機、ディーゼルエンジン発電機、ガスエンジン発電機、マイクロタービン発電機などが実用されている。マイクロタービン発電機は、タービンが数万から１０数万回転／毎分の高速回転で駆動され高周波電力を発電し、この高周波電力をコンバータで整流して直流電力に変換し、この直流電力をインバータで商用周波数の５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚに、商用電圧の１００ｖに変換して系統へ供給している。また、系統に電力が出力されない停電の場合、自家用発電装置起動用電源は、発電装置内の上記コンバータとインバータの間の直流電力が発生する端子部分に蓄電池を接続し、この蓄電池の出力電圧をマイクロタービン起動用電源として使用し、自家用発電装置を起動し、正常運転中に蓄電池に充電して待機するシステムである。
【０００３】
この蓄電池は、系統に電力が発生しないブラックアウト状態での発電装置起動用として接続されているため、発電装置が定常状態の運転中に突然のモータ負荷起動などにより系統に始動電流が発生した場合、急速放電するための応答が遅く系統電力が変化し、安定した系統電力の供給に対応できず不向きである。この蓄電池は、一般的に鉛蓄電池などが使用されており系統の電圧安定化として改善が望まれている。特に、始動電流の発生は、例えば系統にエアコン、冷蔵庫、掃除機、エレベータ、レントゲンなどが接続されている場合、モータ起動時のラッシュカーレントによりこの瞬間のみ異常に高い消費電力の増加が系統に発生する。鉛蓄電池は、応答が遅く安定した電力補償ができないし、充放電回数が２００〜１０００回程度で電極の劣化が始まり、蓄電電圧が劣化し、２〜３年で交換する必要があり、短寿命であった。
【０００４】
また、独立電力系統の分散電源発電装置においては、系統内の負荷変動を吸収するために負荷変動の最大ポイントをカバーできる大きな発電容量の発電機が使用されている。即ち、モータ負荷がある場合の発電装置は、そのモータの起動時に作用する定格時の数倍の大きさの起動電流までをもカバーできるような大きな発電容量のものを設置する必要があった。このように、瞬時に発生する始動電流のために発電装置は、始動電流に対応できる発電容量が大きなものを設備する必要があった。始動電流も吸収する大きな容量の発電装置の設備は、一番運転時間の長い定常運転時に発電装置能力の数分の１の部分負荷で運転させており、発電装置の稼動効率が極めて悪く、瞬間に発生するだけの始動電流のために、発電装置の大きさも大きくなり、燃料消費量も増大し、設備投資額が高価になっていた。
【０００５】
他方、定常運転時の負荷容量をベースに発電設備の容量を設定した場合には、系統内の負荷変動、例えばモータを起動した場合の始動電流をカバーできずに発電装置自身がトリップしてしまうことになる。
【０００６】
さらに、安定して電力を供給する電源装置としては、蓄電装置に電気二重層キャパシタを並列接続することにより、負荷変動や停電などが発生したとき、最初電気二重層キャパシタから放電し、続いて蓄電装置から給電して安定して電力を供給する装置が提案されている（例えば特許文献１。）。
【０００７】
さらに、安定して電力を供給する電源装置としては、ガスエンジンの発電電力出力線に電気二重層コンデンサユニットを接続し、発電電力の余剰分を電気二重層コンデンサユニットに急速に充電して逆潮流の発生を防止する装置が提案されている（例えば特許文献２。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３４１７９号公報（［００２７］、図１）。
【特許文献２】
特開平７−２３１５７０号公報（［００２９］、図１）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１には、商用交流電源負荷の変動や停電が発生したときに蓄電装置や電気二重層キャパシタから電力を供給して電力を安定に供給することが記載されたもので、自家用発電機と商用交流電源との共用電源における、系統電力の安定化や、瞬時に発生する始動電流対策や自家用発電機の起動などに関する記載が見当らない。
【００１０】
同様に、特許文献２にも、電気二重層キャパシタにより急激な変動に対して高速で安定化制御することが記載されたもので、自家用発電機と商用交流電源との共用電源における、系統電力の安定化や、自家用発電機の起動などに関する記載が見当らない。特に、病院、工場、家庭などに普及されてきた自家用発電機を設備している関係者からは、できる限り小形で、安価で、系統で突然急激な変動が発生する場合にも高速で安定化制御できる発電装置が望まれている。
【００１１】
本発明は、かかる従来の問題を解決すべくなされたもので、定常運転時の負荷容量を満足した発電容量の発電機で、系統に始動電流が発生しても瞬時に応答して安定化制御することができる発電装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような構成により定常運転時の負荷容量を満足した発電機で、系統に始動電流が発生しても瞬時に応答して安定化制御することができる発電装置を提供するものである。
【００１３】
即ち、本発明の発電装置は、発電電力を直流電力に変換しこの直流電力を商用周波数の商用交流電圧にして系統に出力する自家用発電機と、前記直流電力が発生する端子に接続された電気二重層キャパシタと、前記系統に接続され前記自家用発電機出力の不足電力を補充するための商用電力回路と、前記系統に始動電流が発生し、電力の供給不足が発生したとき前記電気二重層キャパシタから給電する電力給電手段とを具備してなることを特徴とする。この発明によれば、自家用発電機と買電商用電力回路により定常使用状態での負荷容量を満足したものに構成することができ、系統に始動電流が発生しても瞬時に応答して安定化制御することができる。さらに、定常運転時の負荷容量を予め設定した満足したものに構成できるので、容量が小形の発電機で構成でき、その分、安価に購入できる。さらに、買電商用電力量を最小限の契約で済ませることができる。
【００１４】
前記電気二重層キャパシタは、前記自家用発電機の起動時に、直流電力を前記自家用発電機の起動用の交流電力に変換するインバータを介して前記自家用発電機に給電する給電回路に接続されるので、始動電流に対する系統の電圧安定化に限らず、自家用発電機の起動用電源としても利用することができるので、買電商用電力が無くても自家用発電機を起動させることができる。起動用電源として利用した場合、発電部をどこでも瞬時に始動させることができる。
【００１５】
前記電気二重層キャパシタは、前記系統から充電し、前記直流回路に放電する充放電各専用の回路にしたので、充電しながら放電することにより負荷変動に対して安定化することができ、充電中に負荷変動が発生しても系統電圧を安定化することができる。
【００１６】
前記直流電力が発生する端子には前記電気二重層キャパシタおよび蓄電池が接続されるので、始動電流のように瞬時に発生する場合は、前記電気二重層キャパシタにより安定化補償し、期間が長期間に渉る場合蓄電池により分担して保証することができる。
【００１７】
交流電力を発電する発電部と、この発電部の出力端子側に接続され前記交流電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータの出力端子側に接続され前記直流電力を商用周波数の商用交流電圧に変換するインバータと、前記コンバータ出力の前記直流電力が発生する前記直流電力の端子に接続された前記電気二重層キャパシタと、前記電気二重層キャパシタおよび前記直流電力が発生する端子の接続部と前記コンバータ出力端子との間に接続された第１の開閉回路と、前記インバータの出力端子に接続された第２の開閉回路と、この第２の開閉回路と前記インバータの出力端子の接続部に接続された前記発電部の起動回路とを具備してなるので、第１および第２の開閉回路を操作するだけで電気二重層キャパシタにより発電機を起動させることができる。
【００１８】
前記直流電力が発生する端子には、直流電力が発生する回路、直流電力が発生する配線などが実質的に同一であり含まれる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の発電装置の実施形態を図１乃至図７を参照して説明する。
この実施形態は、系統に始動電流が発生したとき電気二重層キャパシタにより瞬時に補償して安定した電力を供給し、定常運転時の負荷容量を満足する発電容量の自家用発電部および買電の商用電力により給電するように分担して、買電電力量を必要最小限の契約で済むようにした例である。即ち、系統に突然瞬時に発生する大きな負荷変動を電気二重層キャパシタにより補償させることにより、自家用発電部および買電商用電力量は、定常運転時の負荷容量のみを満足する容量に選択でき、その分、買電商用電力量を最小限にし、小型化でき、設備投資額が安価にできる。さらに、自家用発電部は、電気二重層キャパシタを含め一つの筐体内に組み込むことができる。
【００２０】
この実施形態を図１および図２を参照して説明する。発電装置１は、高周波の交流電力を発電する発電部２と、商用周波数電力出力回路３と、電気二重層キャパシタ４と、商用電力出力回路５と、電力給電制御回路６とからなり、これらは一つの筐体内に組込まれる。自家用発電機は、発電部２と、商用周波数電力出力回路３とから構成されている。
【００２１】
発電部２は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、マイクロガスタービンなど工場、病院、役所、家庭などに設備される自家発電用の交流発電機である。
【００２２】
商用周波数電力出力回路３は、発電部２で発電した高周波の交流電力を直流電力に変換するコンバータ１１と、直流電力を商用周波数例えば５０Ｈｚ、商用電圧例えば１００ｖの交流電力に変換するインバータ１２と、商用周波数電力回路１３とからなる。
【００２３】
電気二重層キャパシタ４の充放電回路は、コンバータ１１の出力端子とインバータ１２の入力端子間の直流電力が発生する端子例えば直流電力線１５に接続され、直流電力線１５から直流電力が充電されると共にこの充電電圧を直流電力線１５側に放電する。即ち、電気二重層キャパシタ４は、発電部２が定常運転で発電中に充電し、系統７に負荷変動などの始動電流が発生したとき電気二重層キャパシタ４から放電し、平滑化する。電気二重層キャパシタ４の特徴は、内部抵抗が小さいので急速充放電、長寿命、高充放電効率、低温環境でも動作可能、優れた安全性、メンテナンス不要、低公害、高効率な電力貯蔵体である。電気二重層キャパシタ４は、分極性電極と電解液とからなり、分極性電極と電解液の界面に形成された電気二重層の電荷を蓄積するもので、電気二重層コンデンサと呼称される場合もある。電気二重層キャパシタ４の形状としては、円筒状、フィルム型、コイン型など適宜筐体内に収納される形状に選択される。電気二重層キャパシタ４は、出力電圧を高電圧化するために複数個の電気二重層キャパシタ４を直列接続したり、貯蔵電力容量を増大するために複数個の電気二重層キャパシタ４を並列接続して構成することができる。電気二重層キャパシタ４は、系統７に始動電流が発生し、電力の供給不足が発生したとき系統７に給電して平滑化する。
【００２４】
商用電力出力回路５は、発電部２からの電力が不足したとき、電力会社からの買電により補充するための商用電力回路であって、電力会社と契約した電力が給電される回路で、例えば商用周波数５０Ｈｚ、商用電圧１００ｖを出力する。電力給電制御回路６は、例えば消費電力が少ない夜間から消費電力が大きい昼間になり系統の消費電力が増加して発電部２からの発電電力容量が不足したときを検出して、この不足電力を商用電力出力回路５からの電力で補充する制御をする回路である。電力給電制御回路６は、商用周波数電力出力回路３の出力端子に流れる電力を測定するために電力計２１が接続されている。
【００２５】
この電力計２１は、発電部２による発電電力の消費電力量をモニタし、予め定められた発電部２の最大発電容量値になったときを検出するもので、電力計２１の出力には商用電力を系統７に補充出力するように制御するための制御回路２２が接続されている。この制御回路２２の出力端子には、電力計２１が、予め定められた発電部２の発電容量値になったときを検出したとき、商用電力を系統７に出力するように導通状態に制御される切換回路２３が接続されている。
【００２６】
このような発電装置１の発電部２による発電容量と買電による商用電力量との総電力量は、定常消費電力量の最大消費電力量をカバーする電力量である。このような発電装置１において、系統７に始動電流が発生したとき、電気二重層キャパシタ４は、インバータ１２、商用周波数電力回路１３を介して系統７に放電することにより始動電流を平滑化する電力給電手段により電力を補充する構成になっている。
【００２７】
これらの機能を図示したのが図２で、縦軸は消費電力量であり、横軸は時間である。図２において、直線３１は自家用発電部２が稼動したときの定格発電電力量を示し、直線３２は現在の定格発電電力量に対して不足する消費電力量を電力会社からの予め契約した給電量を加算したトータルの電力量を示めす。負荷変動曲線３３は、系統７に発生する負荷変動状態を示す消費電力波形図であり、あるとき例えばエアコンのスイッチを入力したことにより瞬時に発生する始動電流は、波形３４で示めされている。電力会社との契約電力量は、直線３２と直線３１の消費電力量の差の電力量である。定常運転時の負荷容量を示す電力量は、負荷変動曲線３３において、波形３４が発生する時間を除いた期間の電力である。
【００２８】
図２から判るように、負荷変動曲線３３の殆どの時間は、自家発電定格発電電力量で不足する電力量であり、電力会社と契約した電力を加算することにより充足できることが判る。ところが、瞬時に発生する波形３４は、電力不足になるため、発電装置１は、この瞬時の電力不足量を電気二重層キャパシタ４から貯蔵電力を放電して補償する装置である。
【００２９】
次に、図１の動作を図２の波形図を参照して説明する。負荷変動曲線３３において、夜間のように消費電力量が直線３１以下のａ時刻までは、この消費電力量を電力計２１が検出して制御回路２２に出力し、制御回路２２は、切換回路２３を制御して非導通状態に制御して商用電力の供給を遮断する。従って、ａ期間までは、発電部２を稼動させ発電した電力量の直線３１のみで負荷容量を満足し、余裕をもって賄うことができる。朝になり少しづつ機器が稼動し始めると消費電力量が増加し、ａからｂ時刻までは自家発電量の直線３１のみでは、電力不足が発生するため、負荷容量を満足できず、この不足電力を電力計２１が検出し、制御回路２２を動作させて切換回路２３を導通状態に制御して商用電力出力回路５からの商用電力を系統７に給電する。このようにして発電装置１は、定常運転時の負荷容量を満足した電力の供給を行うことができる。
【００３０】
ｂ時刻において、突然冷蔵庫が動作するとこのとき始動電流が系統７に発生し、負荷変動曲線３３は波形３４が重畳した波形となる。このサージ電力が自家用発電機の発電電力量に電力会社との契約電力量を加算した総電力量を超過したとき、この超過電力量は、電力給電手段により瞬時に補償する。この電力給電手段は、電気二重層キャパシタ４からインバータ１２、商用周波数電力回路１３、電力計２１を介して系統７に急速に放電し、補償する手段である。
【００３１】
波形３４が消滅したｃ時刻になると系統７の消費電力量が、直線３２以下となるため、自家発電定格発電電力量の直線３１と電力会社との契約電力量との加算電力の直線３２で充足できることを電力計２１が出力する。このようにして、発電装置１は、自家発電電力と商用電力、電気二重層キャパシタ４の貯蔵電力により補償し、系統７に安定した電力の供給を行うことができる。定常運転とは、図２において、負荷変動曲線３３のｂ時刻までの期間、ｃ時刻からｄ時刻までの期間の負荷変動をいう。ｂ時刻からｃ時刻の波形３４は、突然瞬時に発生するだけの負荷変動であり、定常運転とは区別される。
【００３２】
設備する発電部２の構成は、極力定常運転時の定格負荷容量を満足し、定常運転時に発電効率のよいポイントで運転ができるように電力設計することが望ましい。発電装置１は、コンバータ１１出力端子の直流電力部分に短時間で急速放電することができる電気二重層キャパシタ４を接続し、この電気二重層キャパシタ４は発電部２および定常負荷容量時の定格容量である契約商用電力量の加算電力量でカバーしきれない瞬時のモータの始動電流などが流れる短時間の大電流を、電気二重層キャパシタ４により補償できるようにする。
【００３３】
上記実施形態では、電気二重層キャパシタ４の使用例として始動電流発生時の電力安定化用として使用した例について説明したが、発電部２の起動用電源として利用することもできる。
【００３４】
次に、発電部２例えばマイクロタービン４１の起動用電源として利用する実施形態を図３を参照して説明する。図１、図２と同一部分には、同一符号を図３に付与して、その詳細な説明は、重複するので省略する。図３には、図１において商用電力出力回路５、電力給電制御回路６、系統７の回路は、省略して図示されている。
【００３５】
発電部２としては、例えば交流電力を発電するマイクロタービン４１である。マイクロタービン４１の発電電力出力端子には、商用周波数電力を出力するための商用周波数電力出力回路３が接続されている。マイクロタービン４１は、燃焼ガスのパワーによりタービン回転翼４９が高速回転するガスタービン４２と、ガスタービン４２の回転軸４３に回転軸４４が直結されて高速回転し発電する発電機４５と、圧縮ガス用空気を吸入し、ろ過するフィルタ４６とからなる。ガスタービン４２は、フィルタ４６を介して吸入された空気を圧縮して燃焼器５０に送風するための圧縮機４８と、圧縮された空気を加熱し、加熱された空気に燃焼ガス例えば都市ガスが供給され燃焼し、タービン回転翼４９を回転させるための燃焼ガスを発生する燃焼器５０と、起動電力による始動後、燃焼ガスのパワーにより高速回転するタービン回転翼４９とからなる。
【００３６】
発電機４５は、タービン回転翼４９の回転軸４３と一体に連結される回転軸４４を所有する固定子５１と、固定子５１と電磁的に結合して発電電力を出力する筒状固定コイル５２とからなる。圧縮機４８は、タービン回転翼４９が回転することにより回転軸４３が回転し、この回転軸４３に結合されたファンが回転することによりフィルタ４６を介して空気を吸入し、この空気を圧縮するコンプレッサである。
【００３７】
商用周波数電力出力回路３は、固定コイル５２の出力端子に接続されるもので、コンバータ１１と、インバータ１２と、電気二重層キャパシタ４と変圧器５６と、遮断機５７とからなる。変圧器５６は、インバータ１２により直流電力を商用周波数の交流電力に変換した電圧を商用電圧の例えば１００ｖに変換するための装置である。遮断機５７は、マイクロタービン４１の出力電力をＯＮ／ＯＦＦ制御する装置である。このような構成の商用周波数電力出力回路３には、マイクロタービン４１を起動するための給電回路が内蔵されている。この給電回路は、マイクロタービン４１の起動時の交流電力を給電する起動用電力供給回路である。マイクロタービン４１の起動時の電源電力は、例えばタービン回転翼４９を回転させるためにタービン回転翼駆動回路例えばモータに供給される。
【００３８】
起動用電力供給回路は、コンバータ１１の出力端子と電気二重層キャパシタ４の入力端子間に第１の開閉器６１が接続され、さらに、インバータ１２の出力端子と変圧器５６の入力端子間には、第２の開閉器６２が接続され、この第２の開閉器６２の他端子には、発電部の起動回路であるタービン回転翼４９を回転始動させるためのモータの入力端子に接続されている。第１および第２の開閉器６１，６２は、２連の連動スイッチ機能を有する構成することが望ましい。起動用電力供給回路は、タービン回転翼４９を起動させるとき、第１および第２の開閉器６１，６２を非導通状態に操作することにより電気二重層キャパシタ４出力の貯蔵電力を放電した直流電力を利用する回路である。
【００３９】
この電気二重層キャパシタ４出力の直流電力は、インバータ１２でタービン回転翼４９を回転させるためのモータ駆動用交流電力に変換されてタービン回転翼４９を回転させる。タービン回転翼４９の回転は、回転軸４３に結合された圧縮機４８のファンを回転させ、圧縮機４８はフィルタ４６から空気を吸入し圧縮空気を生成する。この圧縮空気は、燃焼器５０に送出され、燃焼器５０において燃料ガスの都市ガスと燃焼し燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスは、始動したばかりのタービン回転翼４９を高速回転させるため、起動用電力の供給は停止する。起動用電力の供給停止操作は、第１および第２の開閉器６１，６２を導通状態に操作することにより起動用電力の供給が停止される。また、インバータ１２から出力するタービン回転翼４９の起動用電力は、漸次増大させることがタービン回転翼４９の始動を容易にする。
【００４０】
次に、図３の動作作用を説明する。
先ず、マイクロタービン４１を起動させる。マイクロタービン４１の起動は、第１および第２の開閉器６１，６２を非導通状態に操作する。この結果、電気二重層キャパシタ４から直流電圧がインバータ１２に入力する放電回路が形成され、インバータ１２は、交流電力をタービン回転翼４９の起動用として出力する。この結果、タービン回転翼４９は回転し、タービン回転翼４９の回転軸４３に結合された圧縮機４８のファンが回転する。この結果、圧縮機４８は、フィルタ４６から空気を吸入し、この空気を圧縮して燃焼器５０に送る。
【００４１】
燃焼器５０は、圧縮された空気で都市ガスを燃焼させ、燃焼ガスを発生させ、タービン回転翼４９に送る。回転初期のタービン回転翼４９は、燃焼ガスのパワーにより高速回転する。このとき、第１および第２の開閉器６１，６２は導通状態に操作されて、電気二重層キャパシタ４による起動電力の供給が停止される。このようなマイクロタービン４１の起動操作は、第１および第２の開閉器６１，６２の開閉操作であり、自動化することができる。自動化の手段は、起動電力供給後、タービン回転翼４９が高速回転し、起動電力の供給を停止する操作を計算機例えばマイコンにより実行することができる。
【００４２】
タービン回転翼４９用モータの始動電流などの短時間負荷を電気二重層キャパシタ４からの電力貯蔵システムでカバーできるので、電力会社との契約電力量を設定する場合にモータの始動電流などの短時間負荷分を加算しない定常消費電力量で契約することができ、電力会社へ支払う電力料金を低減できる経済的な契約ができる。
【００４３】
上記実施形態では、電気二重層キャパシタ４によるマイクロタービン４１用起動電力の供給手段として、商用周波数電力を出力するためのコンバータ１１、インバータ１２の回路を切換えて利用したが、マイクロタービン４１を起動するための電力の供給回路を独立して設けてもよい。
【００４４】
次に、電気二重層キャパシタ４による起動電力供給回路を独立して設けた他の実施形態を図４を参照して説明する。図１乃至図３と図４の同一部分には同一符号を付与し、その詳細な説明は重複するので省略する。
【００４５】
電気二重層キャパシタ４の放電端子７１には、起動時のみ導通状態にする開閉器７２の一端が接続され、開閉器７２の他端には、直流電力をマイクロタービン４１起動用交流電力に変換するインバータ７３が接続されている。このインバータ７３出力の起動用交流電力は、マイクロタービン４１の例えばタービン回転翼４９を回転させるためのモータに供給されるように接続されている。起動回路は、開閉器７２、インバータ７３の回路である。
【００４６】
この結果、開閉器７２を導通状態に操作したときのみ、電気二重層キャパシタ４から直流電力がインバータ７３に出力され、インバータ７３はマイクロタービン４１起動用の交流電力をタービン回転翼４９を回転させるためのモータに出力する。このようにしてタービン回転翼４９は、回転し、燃焼ガスが多量に生成され、この燃焼ガスのパワーによりタービン回転翼４９が高速回転したとき、開閉器７２が非導通状態に操作されて、マイクロタービン４１の起動操作が終了する。電気二重層キャパシタ４への充電は、マイクロタービン４１の発電が定常状態に達したときコンバータ１１出力の直流電力により行われる。
【００４７】
上記実施形態では、マイクロタービン４１起動用電力を、急速充放電特性を有する電気二重層キャパシタ４のみから供給した実施形態について説明したが、商用電力が停電した時などの即時自家用発電を動作させたい場合、次のように構成することができる。商用電力が停電したとき、タービン回転翼４９の回転始動について急速放電特性を有する電気二重層キャパシタ４からの電力により回転させ、その後、蓄電池７４からの電力もタービン回転翼４９に給電するようにしてもよい。
【００４８】
次に、この実施形態を、図５を参照して説明する。図１乃至図４と同一部分には同一符号を図５に付与し、その詳細な説明は重複するので省略する。
【００４９】
電気二重層キャパシタ４には、蓄電池７４が並列接続されている。即ち、電気二重層キャパシタ４と蓄電池７４の充電は、コンバータ１１の出力端子から行われ、放電は開閉器７２の一端に行われるように接続されている。起動回路は、開閉器７２と、インバータ７３の回路である。このように電気二重層キャパシタ４と蓄電池７４の並列接続回路は、例えば商用電力が停電して自家用発電機のマイクロタービン４１を急速にスタートさせたいとき、先ず開閉器７２を導通状態に操作し、電気二重層キャパシタ４からの直流電力によりタービン回転翼４９を始動させ、その後、蓄電池７４からの直流電力により又は双方からの貯蔵電力を一緒にタービン回転翼４９起動用モータに供給してタービン回転翼４９を高速回転させることができる。この構成は、高価な電気二重層キャパシタ４を比較的小規模に構成することもできる。
【００５０】
その後、マイクロタービン４１が定常の発電動作になった状態で、系統７に始動電流が発生したときには、瞬時に電気二重層キャパシタ４から直流電力を供給して電力補償する。
【００５１】
図５の回路構成図による発電装置１は、停電時のバックアップ用電源に限らず、緊急性が要求されない場合は、蓄電池７４をマイクロタービン４１のタービン回転翼４９の起動用電源として利用することもできる。即ち、発電装置１は、マイクロタービン４１の起動時、蓄電池７４から供給してタービン回転翼４９を始動させ、定常状態の発電時に系統７に始動電流が発生したときの電力補償として瞬時に電気二重層キャパシタ４から直流電力を供給するようにすることもできる。蓄電池７４としては、例えばナトリウム−イオウ電池（ＮＡＳ電池）、バナジウム系電解液使用の二次電池（レッドクスフロー電池）、ナトリウム系電解液使用の二次電池（ＲＥＧＥＮＥＳＹＳ電池）、超伝導電力貯蔵システムなどがある。
【００５２】
上記実施形態では、電気二重層キャパシタ４への充電として、コンバータ１１出力端子から充電のための電流を流した例について説明したが、充電電流は、系統７から流すようにしてもよい。
【００５３】
次に、充電電流を系統７から流すようにした実施形態を、図６および図７を参照して説明する。図１乃至図５と同一部分には、図６および図７に同一符号を付与し、その詳細な説明は重複するので省略する。図６および図７には、図１において商用電力出力回路５、電力給電制御回路６、系統７の商用電力供給回路は、省略して図示されている。
【００５４】
商用周波数で、商用電圧が出力される系統７には、充電器７７を介して電気二重層キャパシタ４に充電電流が流れるように接続され、電気二重層キャパシタ４の放電電流がインバータ１２の入力端子に流れるように充放電回路が設けられている。この充放電回路は、上記したように始動電流が発生する系統７から直接電気二重層キャパシタ４に充電電流が流れるため、充電しながら始動電流の発生を抑圧し、平滑化することができる。充電器７７は、系統７に発生する交流電力を直流電力に変換するための例えば整流回路である。
【００５５】
図６の発電装置１の電気二重層キャパシタ４と充電器７７の直列接続回路に、充電器７８と蓄電池７９の直列接続回路を並列接続することもできる。この実施形態を示したのが、図７である。系統７に始動電流が発生したとき、瞬時に応答するのは、電気二重層キャパシタ４であり、電気二重層キャパシタ４はインバータ１２に直流電力を放電し、インバータ１２は始動電流を補償する電力量を交流電力に変換して系統７に安定した電力を供給する。また、始動電流が大きく補償電力が不足する場合は、蓄電池７９からも直流電力を補充するように出力する。充電器７８は、系統７に発生する交流電力を直流電力に変換するためのコンバータ機能を有する回路である。
【００５６】
上記実施形態では、発電部２としてマイクロタービンについて説明したがマイクロガスタービン発電機やマイクロ蒸気タービン発電機、ガソリンエンジン発電機、ディゼルエンジン発電機、風力発電機、太陽電池発電機、燃料電池発電機など自家用発電機であればいずれのものにも適用できる。
【００５７】
以上説明したように上記実施形態によれば、発電装置１の負荷回路即ち、系統７の電力が突然瞬時に変動しても、直ちに応答して平滑化し、安定な出力電力を常時使用することができる。さらに、定常運転時の負荷容量を満足した発電容量の発電設備で、系統７に始動電流が発生しても瞬時に応答して系統７に安定化した電力制御をすることができる発電装置１を得ることができる。さらに、自家用発電機の発電容量を定常運転時の定格負荷容量を満足した発電部２を設備すればよいため、低コストで、瞬時だけのために負荷容量の大きな発電部２を設備する必要がない。さらに、発電装置１は、自家用発電設備を保有し、電力会社と系統７で連係し、自家用発電設備と買電商用電力とを併用で運用する場合に有効なシステムである。さらに、タービン回転翼用モータを始動させるための起動電流などの短時間負荷を電気二重層キャパシタ４からの貯蔵電力でカバーできるので、電力会社との契約電力量を設定する場合にモータの起動電流などの短時間負荷分を加算しない経済的な電力量で契約することができ、電力会社へ支払う電力料金を低減できる経済的な契約ができる。
【００５８】
【発明の効果】
この発明によれば、定常運転時の負荷容量を満足した発電容量の発電機で、系統に始動電流が発生しても瞬時に応答して安定化制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発電装置の実施形態を説明するための回路構成図。
【図２】図１の自家用発電機による発電電力量と電力会社との契約電力量と、負荷変動消費電力量との関係を説明するための特性図。
【図３】図１の他の実施形態を説明するための回路構成図。
【図４】図１の他の実施形態を説明するための回路構成図。
【図５】図１の他の実施形態を説明するための回路構成図。
【図６】図１の他の実施形態を説明するための回路構成図。
【図７】図１の他の実施形態を説明するための回路構成図。
【符号の説明】
１…発電装置、２…発電部、３…商用周波数電力出力回路、４…電気二重層キャパシタ、５…商用電力出力回路、６…電力給電制御回路、７…系統、１１…コンバータ、１２，７３…インバータ、１３…商用周波数電力回路、１５…直流電力線、２１…電力計、２２…制御回路、２３…切換回路、３１，３２…直線、３３…負荷変動曲線、３４…波形、４１…マイクロタービン、４２…ガスタービン、４３，４４…回転軸、４５…発電機、４６…フィルタ、４７，５０…燃焼器、４８…圧縮機、４９…タービン回転翼、５１…回転コイル、５２…固定コイル、５６…変圧器、５７…遮断機、６１，６２，７２…開閉器、７１…放電端子、７４，７９…蓄電池、７７，７８…充電器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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