(57)【要約】【課題】逆潮流状態を防止しつつ、商用電源からの供給電力量の負荷への供給電力量に対する供給電力量比率を低下させて、効率的な運用を図る。【解決手段】電力測定器３１は、室内ユニット１２の使用電力量を測定する。これによりコントローラ２０は、検出された使用電力量に基づいて、商用電源供給ユニット１５において室内ユニットに供給すべき電力量を設定する。これにより、商用電源供給ユニット１５は、発電により得た電力から設定された電力量の商用電源電力を生成し、室内ユニット１２に出力する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換し、前記整合電力に前記商用電力を重畳して負荷に供給する系統連系発電装置において、
前記負荷の使用電力量を測定する電力測定部と、
前記使用電力量に基づいて、供給すべき前記整合電力の電力量を設定する電力量設定部と、
前記発電により得た電力から前記設定された電力量の前記整合電力を生成する整合電力生成部と、
を備えたことを特徴とする系統連系発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の系統連系発電装置において、
前記電力測定部は、前記前記整合電力に前記商用電力を重畳した後の電力量に基づいて前記負荷の使用電力量を測定することを特徴とする系統連系発電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の系統連系発電装置において、前記電力量設定部は、前記使用電力量を前記整合電力の電力量として設定することを特徴とする系統連系発電装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の系統連系発電装置において、前記電力量設定部は、前記使用電力量から所定のマージン電力量を差し引いた電力量を前記整合電力の電力量として設定することを特徴とする系統連系発電装置。
【請求項５】
発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換し、前記整合電力に前記商用電力を重畳して負荷に供給する系統連系発電装置の制御方法において、
前記負荷の使用電力量を測定する電力測定過程と、
前記使用電力量に基づいて、供給すべき前記整合電力の電力量を設定する電力量設定過程と、
前記発電により得た電力から前記設定された電力量の前記整合電力を生成する整合電力生成過程と、
を備えたことを特徴とする系統連系発電装置の制御方法。
【請求項６】
請求項６記載の系統連系発電装置の制御方法において、
前記電力測定過程は、前記前記整合電力に前記商用電力を重畳した後の電力量に基づいて前記負荷の使用電力量を測定することを特徴とする系統連系発電装置の制御方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の系統連系発電装置の制御方法において、
前記電力量設定過程は、前記使用電力量を前記整合電力の電力量として設定することを特徴とする系統連系発電装置の制御方法。
【請求項８】
請求項５または請求項６記載の系統連系発電装置の制御方法において、
前記電力量設定過程は、前記使用電力量から所定のマージン電力量を差し引いた電力量を前記整合電力の電力量として設定することを特徴とする系統連系発電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光等をエネルギー源として発電した電力を商用電力として出力する系統連系発電装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽エネルギーを利用した太陽光発電装置が普及しつつある。この太陽光発電装置は、太陽光による発電電力を自家使用するのみでなく、余剰電力を商用電力として供給することにより、効率的な電力利用を図るようにしている。
【０００３】
このような太陽光発電装置等の直流電力を発生する系統連系発電装置では、発電した直流電力をインバータ装置によって交流電力に変換し、商用電力と併用する（重畳する）ことにより、負荷（例えば、空気調和装置など）に対して、電力を供給することとなる。
【０００４】
この場合において、系統連系発電装置では、常に商用電力を監視し、インバータ装置から供給する交流電力と商用電力との整合を図るようにしている。
【０００５】
図４は従来の系統連系発電システムにおける概略電力系統図である。
【０００６】
系統連系発電システム１００は、大別すると、インバータ装置１０１と、電力検出器１０２と、メインブレーカ１０３と、インバータブレーカ１０４と、負荷ブレーカ１０５と、負荷１０６と、を備え、電力検出器１０２を介してメインブレーカ１０３には商用電源２００が接続されている。
【０００７】
インバータ装置１０１は、図示しない太陽電池からの供給電力を直流／交流変換および昇圧を行って負荷１０６側に供給する。この場合の供給電力量はＷＩとする。
【０００８】
電力検出器１０２は、商用電源２００からの供給電力量ＷＭが負の値（＝逆潮流状態に相当）となっているか否かを検出する。
【０００９】
メインブレーカ１０３は、商用電源２００側から負荷１０６側への過電流を遮断する。
【００１０】
インバータブレーカ１０４は、インバータ装置１０１側から負荷１０６側への過電流を遮断する。
【００１１】
負荷ブレーカ１０５は、商用電源２００およびインバータ装置１０１側からの過電流を遮断する。
【００１２】
負荷１０６は、家電製品などであり、例えば、空気調和装置であり、商用電源２００およびインバータ装置１０１側から供給される電力により動作する。
【００１３】
上記構成によれば、インバータ装置１０１は、図示しない太陽電池からの供給電力を直流／交流変換および昇圧を行い、商用電源からの供給電力に重畳して商用電源２００側からの供給電力に重畳して負荷１０６に供給することとなっていた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
この場合において、インバータ装置１０１は、電力検出器１０２において商用電源２００からの供給電力量ＷＭが負の値となったことが検出されないように、すなわち、商用電源２００側に電流が流れる逆潮流状態とならないように制御を行っていた。
【００１５】
この場合において、電力検出器１０２は、商用電源２００に直接設けられているため、系統連系発電装置の電力供給対象である負荷１０６以外に供給されている電力も含めて商用電源２００からの供給電力量ＷＭが負の値となっているか否かを判別することとなっていた。
【００１６】
従って、逆潮流状態を予防すべく、従来のインバータ装置１０１は、原則的に供給電力量ＷＩが自己の供給可能最大電力量ＷＩｍａｘ（あるいはこの電力量から所定のマージンを差し引いた電力量）になるように当該インバータ装置１０１の目標出力電力量とし、電力検出器１０２において、商用電源２００からの供給電力量ＷＭが負の値となったことが検出された場合に、目標出力電力量を低くする構成を採っていた。
【００１７】
より詳細には、供給電力量ＷＩが自己の供給可能最大電力量ＷＩｍａｘ（あるいはこの電力量から所定のマージンを差し引いた電力量）となるようにすべく、負荷１０６で必要とされる電力量をＷＬとした場合に、インバータ装置１０１の供給可能最大電力量ＷＩｍａｘは、
ＷＬ＞＞ＷＩｍａｘ
を満たすようにインバータ装置１０１の能力が定められていた。
【００１８】
従って、常に商用電源側からの供給電力を利用して負荷を駆動することとなり、ユーザにとって系統連系発電装置を導入するメリットがあまり得られないとという問題点があった。
【００１９】
また、系統連系発電装置側の電力供給コストが商用電源側からの電力供給コストと比較して安価な場合にも、トータルなシステム運用コストがかかってしまうという問題点があった。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、いわゆる逆潮流状態を防止しつつ、商用電源からの供給電力量の負荷への供給電力量に対する供給電力量比率を低下させて、効率的な運用を図ることが可能な系統連系発電装置およびその制御方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換し、前記整合電力に前記商用電力を重畳して負荷に供給する系統連系発電装置は、前記負荷の使用電力量を測定する電力測定部と、前記使用電力量に基づいて、供給すべき前記整合電力の電力量を設定する電力量設定部と、前記発電により得た電力から前記設定された電力量の前記整合電力を生成する整合電力生成部と、を備えたことを特徴としている。
【００２２】
上記構成によれば、電力測定部は、負荷の使用電力量を測定する。
【００２３】
電力量設定部は、検出された使用電力量に基づいて、生成すべき整合電力の電力量を設定する。
【００２４】
これにより、整合電力生成部は、発電により得た電力から設定された電力量の整合電力を生成する。
【００２５】
この場合において、前記電力測定部は、前記前記整合電力に前記商用電力を重畳した後の電力量に基づいて前記負荷の使用電力量を測定するようにしてもよい。
【００２６】
また、前記電力量設定部は、前記使用電力量を前記整合電力の電力量として設定するようにしてもよい。
【００２７】
さらに、前記電力量設定部は、前記使用電力量から所定のマージン電力量を差し引いた電力量を前記整合電力の電力量として設定するようにしてもよい。
【００２８】
また、発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換し、前記整合電力に前記商用電力を重畳して負荷に供給する系統連系発電装置の制御方法は、前記負荷の使用電力量を測定する電力測定過程と、前記使用電力量に基づいて、供給すべき前記整合電力の電力量を設定する電力量設定過程と、前記発電により得た電力から前記設定された電力量の前記整合電力を生成する整合電力生成過程と、を備えたことを特徴としている。
【００２９】
この場合において、前記電力測定過程は、前記前記整合電力に前記商用電力を重畳した後の電力量に基づいて前記負荷の使用電力量を測定するようにしてもよい。
【００３０】
また、前記電力量設定過程は、前記使用電力量を前記整合電力の電力量として設定するようにしてもよい。
【００３１】
さらに、前記電力量設定過程は、前記使用電力量から所定のマージン電力量を差し引いた電力量を前記整合電力の電力量として設定するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態のインバータ装置を備えた空気調和システムの概要構成図である。
【００３３】
空気調和システム１０は、大別すると、ソーラーパネル１１、室内ユニット１２、室外ユニット１３、リモコンユニット１４、商用電源供給ユニット１５、分電盤１６、電力積算計１７、メインブレーカ２９、インバータブレーカ３０、電力測定器３１、負荷ブレーカ３２を備えている。
【００３４】
ソーラーパネル１１は、太陽光を吸収して電気エネルギーに変換し直流電力を発生する直流電力発生装置として機能している。
【００３５】
室内ユニット１２および室外ユニット１３は、空気調和装置２０を構成しており、リモコンユニット１４から送出される操作信号（例えば赤外線を用いた信号）を室内ユニット１２によって受信し、受信した操作信号に応じて各種運転モードによる空気調和運転及び停止を行うようになっている。
【００３６】
商用電源供給ユニット１５は、単相２００Ｖの電灯電力を出力するようになっている。
【００３７】
分電盤１６は、電力積算計１７を介して商用電源１８に接続されており、空気調和システム１０に商用電源の電力（以下、商用電力という。）を供給する。より詳細には、分電盤１６には、単相３線１００Ｖ／２００Ｖの商用電力（いわゆる電灯電力）が供給されるようになっている。
【００３８】
電力積算計１７は、商用電力の使用量を積算する。
【００３９】
空気調和装置２０は、空気調和動作を行う際には、原則的に、商用電源供給ユニット１５から供給される電力によって運転される。そして、商用電源供給ユニット１５から供給される電力が不足している場合には、分電盤１６から供給される商用電力が商用電源供給ユニット１５から供給される電力に重畳された電力によって運転される。あるいは、商用電源供給ユニット１５から供給される電力が全くない場合には、分電盤１６から供給される商用電力によって運転されることとなっている。
【００４０】
メインブレーカ２９は、商用電源１８側から室内ユニット１２側への過電流を遮断する。
【００４１】
インバータブレーカ３０は、商用電源供給ユニット１５内の後述するインバータ装置１５Ａ（図２参照）側から室内ユニット１２側への過電流を遮断する。電力測定器３１は、室内ユニット１２への供給電力量を測定する。
【００４２】
負荷ブレーカ３２は、商用電源１８あるいは商用電源供給ユニット１５からの室内ユニット１２への過電流を遮断する。
【００４３】
この場合において、空気調和装置２０と、商用電源供給ユニット１５は、分電盤１６に別々に接続されるとともに、分電盤１６は、電力積算計１７を介して商用電源１８に接続されているので、夜間等において、商用電源供給ユニット１５が動作を停止しているときでも、室内ユニット１２および室外ユニット１３は、空気調和運転が可能となっている。
【００４４】
図２は、商用電源供給ユニットの概要構成図である。
【００４５】
ソーラパネル１１は、例えば複数のモジュールを枠にセットし、建物の屋根等の太陽光に照らされる場所に設置され、太陽光を吸収して直流電力を発生する。
【００４６】
商用電源供給ユニット１５は、マイクロコンピュータを備えたコントローラ２０が設けられている。このコントローラ２０には、内蔵した図示しないＩＧＢＴ駆動回路を介してインバータ装置１５Ａが接続されている。
【００４７】
インバータ装置１５Ａは、電解コンデンサ２１を有し、ソーラパネル１１によって発電された電力（直流電力）が昇圧回路２２を介して昇圧された後、電解コンデンサ２１に蓄えられるようになっている。
【００４８】
昇圧回路２２は、昇圧用コンデンサ２２Ａ、昇圧用リアクトル２２Ｂ、スイッチングトランジスタ２２Ｃおよび逆流防止ダイオード２２Ｄを備えている。
【００４９】
また、インバータ装置１５は、インバータ回路２３を備えており、このインバータ回路２３は、コントローラ２０内のＩＧＢＴ駆動回路から供給されるスイッチング信号に応じて、ソーラパネル１１から供給される直流電力を、商用電源と同じ周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電力に変換する。　本実施形態におけるインバータ回路２３の出力は、例えばノコギリ状波となっている。
【００５０】
インバータ回路２３で交流に変換された電力は、室内機１２が駆動される場合には、コンデンサ２４、平滑用リアクトル２５、２６、インバータブレーカ３０、電力測定器３１および負荷ブレーカ３２を介して室内ユニット１２へと供給される。このとき、インバータ回路２３から出力された交流電力は、コンデンサ２４及び平滑用リアクトル２５、２６を通過することにより、ノコギリ状波から正弦波の交流電力（整合電力）として出力される。
【００５１】
この場合において、コントローラ２０は、インバータ回路２３で交流に変換された電力について電力測定器３１により供給電力量（負荷電力量）を検出する。
【００５２】
そしてコントローラ２０は、検出した供給電力量をそのまま、あるいは、供給電力量から所定のマージン電力量を差し引いた電力量をインバータ装置１５Ａの目標出力電力量（整合電力の電力量）として設定し、インバータ装置１５Ａを制御する。
【００５３】
この場合において、インバータ装置１５Ａの実際の供給電力量が目標出力電力量に対し不足する場合には、コントローラ２０によりスイッチ２７、２８（解列コンダクタ）がオン状態とされ、商用電源１８側からの電力が重畳されて、室内ユニット１２へと供給される。この場合には、コントローラ２０は、商用電源の電圧、周波数、位相を検出し、インバータ回路２３の動作を制御して、インバータ装置１５Ａの出力する交流電力を商用電源１８からの電力に整合させる。
【００５４】
従って、商用電源供給ユニット１５の最大電力供給能力を供給対象の負荷の要求電力量とほぼ等しく、あるいは、要求電力量よりも大きく設定することも可能となり、商用電源側からの電力を重畳して使用するのは、商用電源供給ユニット１５の発電量が不足している場合などに限定される。これにより、商用電源供給ユニットの利用効率も向上し、特に電力供給コストが商用電源側からの電力供給コストと比較して安価な場合には、トータルなシステム運用コストを削減できることとなり、ユーザにとって系統連系発電装置を導入するメリットが大きいこととなる。
【００５５】
また、システム構成としては、電力測定器を設ける位置を変更し、商用電源供給ユニットの制御プログラムを変更するだけであり、従来システムにおいても容易に導入が可能となる。
【００５６】
さらに、商用電源供給ユニット１５の目標供給電力量の設定は、逆潮流を考慮する必要がないので、処理の容易化および簡略化が図れる。
［２］第２実施形態
図３は、第２実施形態のインバータ装置を備えたガスエンジン発電装置を有するいわゆるコ・ジェネシステムの概要構成図である。図３において、図１と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
【００５７】
コ・ジェネシステム５０は、大別すると、ガスエンジン５１、動力伝達機構部５２、発電機５３、インバータ５４、電力測定器５５、通信インターフェース（ＩＦ）５６、エンジン制御部５７、負荷６０、排熱利用部６１、分電盤１６、電力積算計１７を備えている。
【００５８】
ガスエンジン５１は、エンジン制御部５７の制御下で、都市ガスなどの一次エネルギー源６２を燃焼させてタイミングベルトおよびプーリなどで構成される動力伝達機構部５２を介して発電機５３を駆動する。これと並行してガスエンジン５１は、発生した熱を排熱として図示しない給湯器などの排熱利用部６１に供給する。
【００５９】
発電機５３は、動力伝達機構部５２を介してガスエンジン５１により駆動され、例えば、三相交流電力を発電する。
【００６０】
インバータ５４は、図示しない自己のコントローラ内のＩＧＢＴ駆動回路から供給されるスイッチング信号に応じて、発電機５３から供給される交流電力電力を、商用電源と同じ周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電力に変換する。本第２実施形態におけるインバータ回路２３の出力は、例えばノコギリ状波となっている。
【００６１】
このとき、インバータ５４のコントローラは、電力測定器５５により検出された負荷６０への供給電力量（負荷電力量）をそのまま、あるいは、供給電力量から所定のマージン電力量を差し引いた電力量を当該インバータの目標出力電力量（整合電力の電力量）として設定し、当該インバータ５４全体を制御することとなる。
【００６２】
より詳細には、インバータ５４の実際の供給電力量が、設定された目標出力電力量に対して不足する場合には、通信ＩＦ５６を介してエンジン制御部５７と発電量制御に関する通信を行い、ガスエンジン５１を制御して発電機５３の発電量を増加させる。そしてこれにより設定された目標出力電力量が得られた場合には、その状態を維持することとなる。
【００６３】
また、ガスエンジン５１を制御して発電機５３の発電量を増加させたとしても、いまだ設定された目標出力電力量に対して不足する場合には、商用電源１８側からの電力を重畳させて負荷６０に供給することとなる。この場合には、インバータ５４のコントローラは、商用電源１８の電圧、周波数、位相を検出し、当該インバータ５４の動作を制御して出力する交流電力を商用電源１８からの電力に整合させることとなる。
【００６４】
従って、インバータ５４を含むガスエンジン５１側の最大電力供給能力を供給対象の負荷の要求電力量とほぼ等しく、あるいは、要求電力量よりも大きく設定することも可能となり、商用電源側からの電力を重畳して使用するのは、インバータ５４の供給電力が不足している場合などに限定される。これにより、コ・ジェネシステムの利用効率も向上し、特に電力供給コストが商用電源側からの電力供給コストと比較して安価な場合には、トータルなシステム運用コストを削減できることとなり、ユーザにとって系統連系発電装置を導入するメリットが大きいこととなる。
【００６５】
また、第１実施形態と同様に、システム構成としては、従来のコ・ジェネシステムにおける電力測定器を設ける位置を変更し、商用電源供給ユニットの制御プログラムを変更するだけであり、容易に導入が可能となる。
【００６６】
さらに、インバータ５４の目標供給電力量の設定は、逆潮流を考慮する必要がないので、処理の容易化および簡略化が図れる。
［３］実施形態の変形例
以上の説明においては、太陽光発電装置を有する空気調和システムおよびガスエンジンを有するコ・ジェネシステムを例として説明したが、太陽光発電装置あるいはガスエンジン発電装置に限らず燃料電池発電装置、熱発電装置など任意の発電装置を有する系統連系発電装置に適用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、いわゆる逆潮流状態を防止しつつ、系統連系発電装置からの供給電力量の負荷への供給電力量に対する比率を向上させて、系統連系発電装置を用いたシステムのシステム運用コストを低減させるとともに、系統連系発電装置の効率的な利用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の系統連系発電装置が接続されたエアコンの概略構成図である。
【図２】商用電源供給ユニットの概要構成図である。
【図３】第２実施形態の系統連系発電装置としてのガス発電装置の概略構成図である。
【図４】従来の系統連系発電システムにおける概略電力系統図である。
【符号の説明】
１０　空気調和システム
１１　ソーラーパネル
１２　室内ユニット
１３　室外ユニット
１４　リモコンユニット
１５　商用電源供給ユニット（整合電力生成部）
１５Ａ　インバータ装置（整合電力生成部）
１６　分電盤
１７　電力積算計
１８　商用電源
２０　コントローラ（電力量設定部）
２３　インバータ回路（整合電力生成部）
２９　メインブレーカ
３０　インバータブレーカ
３１　電力測定器（電力測定部）
３２　負荷ブレーカ
５０　コ・ジェネシステム
５１　ガスエンジン
５２　動力伝達機構部
５３　発電機
５４　インバータ（電力量設定部、整合電力生成部）
５５　電力測定器（電力測定部）
５６　通信インターフェース（ＩＦ）
５７　エンジン制御部
６０　負荷
６１　排熱利用部
【図１】
2004056966.tif 000003
【図２】
2004056966.tif 000004
【図３】
2004056966.tif 000005
【図４】
2004056966.tif 000006