(57)【要約】【課題】  コジェネレーション電力発生源を含む複数の分散型電力発生源の各々を商用電力系統に接続するための系統連系システムを効率良く制御するのに有効な技術を提供する。【解決手段】  本発明に係る系統連系システム１は、コジェネレーション電力発生源である発電機２０を含む複数の分散型電力発生源１０，２０，３０を商用電力系統に接続するためのシステムであり、商用電力系統で消費される消費電力に関する第１情報と排熱回収装置６０によって回収された排熱が利用される熱利用先での熱需要量に関する第２情報とを含む複数の情報に基づいて複数の分散型電力発生源１０，２０，３０の各々の出力を制御する制御装置７０を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コジェネレーション電力発生源を含む複数の分散型電力発生源の各々を商用電力系統に接続するための系統連系システムであって、
前記複数の分散型電力発生源の各々にそれぞれが独立して接続され、前記複数の分散型電力発生源から出力された電力を直流電力に変換する複数の直流変換器と、
前記複数の直流変換器に並列接続され、前記複数の直流変換器の各々で変換さされた直流電力を前記商用電力系統への送電のための交流電力に変換する、前記複数の直流変換器に共用の交流変換器と、
前記コジェネレーション電力発生源の作動時に生じた排熱を回収する排熱回収装置と、
前記商用電力系統で消費される消費電力に関する第１情報と前記排熱回収装置によって回収された排熱が利用される熱利用先での熱需要量に関する第２情報とを含む複数の情報に基づいて、前記複数の分散型電力発生源の各々の出力を制御する制御装置と、
を備える、系統連系システム。
【請求項２】
請求項１に記載の系統連系システムであって、
前記複数の分散型電力発生源は、充電によって蓄電した電力を放電によって出力可能な蓄電池を含み、
前記複数の直流変換器のうち前記蓄電池に割り当てられた蓄電池用直流変換器は、前記蓄電池用直流変換器以外の直流変換器で直流電力に変換された電力を降圧して充電するための降圧回路と、前記蓄電池に蓄電されている電力を昇圧して放電するための昇圧回路と、を備えている、系統連系システム。
【請求項３】
請求項２に記載の系統連系システムであって、
前記制御装置は、前記第１情報、前記第２情報及び前記蓄電池の残容量に関する第３情報を含む複数の情報に基づいて、前記複数の分散型電力発生源の各々の出力を制御する、系統連系システム。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の系統連系システムであって、
前記複数の分散型電力発生源は、自然エネルギーを利用して発電した電力を出力する自然エネルギー電源を含み、
前記制御装置は、前記自然エネルギー電源からの出力電力が最大となるように前記複数の直流変換器のうち前記自然エネルギー電源に割り当てられた自然エネルギー電源用直流変換器を制御する第１制御モードと、前記自然エネルギー電源からの出力電力が前記商用電力系統で消費される消費電力を上回る場合に当該出力電力を前記第１制御モード時よりも抑えるように前記自然エネルギー電源用直流変換器を制御する第２制御モードと、のいずれかの制御モードを選択可能である、系統連系システム。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の系統連系システムであって、
前記複数の直流変換器の各々と前記交流変換器との間の送電経路上に設けられ、ヒータ作動状態において前記送電経路を流れる直流電力の一部を熱に変換し、且つ前記排熱回収装置との間で熱交換を行うように構成された電熱ヒータを備え、
前記制御装置は、前記熱利用先での熱需要量が前記コジェネレーション電力発生源の作動時に生じた排熱量を上回る場合に前記電熱ヒータを作動させるヒータ作動モードを選択可能である、系統連系システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の分散型電力発生源の各々を商用電力系統に接続するための系統連系システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、この種の系統連系システムの一例が開示されている。この系統連系システムでは、複数の分散型電力発生源の各々が専用の直流側変換装置を介して交流側変換装置に接続され、更に交流側変換装置が商用電力系統に接続されている。この系統連系システムによれば、複数の分散型電力発生源の各々から出力された電力は、専用の直流側変換装置によって直流電力に変換され、その後に交流側変換装置によって交流電力に変換されて商用電力系統に送電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９５０７０６号公報
【発明の概要】
【０００４】
（発明が解決しようとする課題）
この系統連系システムでは、複数の分散型電力発生源の１つとして電力及び熱の双方を出力するコジェネレーション電力発生源を用いることができる。この場合、系統連系システム内での電力及び熱のそれぞれの出力バランスを考慮しつつ系統連系システム全体を効率良く制御することによって、商用電力系統での消費電力の消費状況のみならず、熱利用先での熱需要の状況にも対応した包括的なエネルギー利用技術を構築したいという要請がある。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、コジェネレーション電力発生源を含む複数の分散型電力発生源の各々を商用電力系統に接続するための系統連系システムを効率良く制御するのに有効な技術を提供することである。
【０００６】
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するため、本発明に係る系統連系システムは、コジェネレーション電力発生源を含む複数の分散型電力発生源の各々を商用電力系統に接続するためのシステムであり、複数の直流変換器、複数の直流変換器に共用の交流変換器、排熱回収装置及び制御装置を含む。分散型電力発生源は、電力会社等による大規模集中発電に対して電力の需要地に隣接して分散配置される小規模な種々の発電設備である。複数の直流変換器は、複数の分散型電力発生源の各々にそれぞれが独立して接続され、複数の分散型電力発生源から出力された電力を直流電力に変換する。交流変換器は、複数の直流変換器に並列接続され、複数の直流変換器の各々で変換された直流電力を商用電力系統への送電のための交流電力に変換する。この場合、１つの交流変換器を複数の分散型電力発生源に対して割り当てることができるため合理的である。排熱回収装置は、コジェネレーション電力発生源の作動時に生じた排熱を回収する。制御装置は、商用電力系統で消費される消費電力に関する第１情報と排熱回収装置によって回収された排熱が利用される熱利用先での熱需要量に関する第２情報とを含む複数の情報に基づいて、複数の分散型電力発生源の各々の出力を制御する。
【０００７】
この系統連系システムによれば、商用電力系統での消費電力に関する第１情報と熱利用先での熱需要量に関する第２情報とを用いることによって、例えば系統連系システム内での出力電力が商用電力系統での消費電力を上回る場合には、当該出力電力を抑えるような制御を行うことができる。また、例えばコジェネレーション電力発生源の作動時に生じた排熱が熱利用先での熱需要量を上回る場合には、コジェネレーション電力発生源の出力を抑えて排熱量を減らすような制御を行うことができる。即ち、複数の分散型電力発生源の各々の出力を消費電力の消費状況と熱需要の状況との双方に応じて制御することができる。その結果、系統連系システム内での電力及び熱のそれぞれの出力バランスを考慮しつつ系統連系システムを効率良く制御すること可能になる。
【０００８】
上記構成の系統連系システムでは、複数の分散型電力発生源は、充電によって蓄電した電力を放電によって出力可能な蓄電池を含むのが好ましい。この場合、複数の直流変換器のうち蓄電池に割り当てられた蓄電池用直流変換器は、蓄電池用直流変換器以外の直流変換器で直流電力に変換された電力を降圧して充電するための降圧回路と、蓄電池に蓄電されている電力を昇圧して放電するための昇圧回路と、を備えるのが好ましい。この蓄電池用直流変換器によれば、複数の分散型電力発生源のうち蓄電池以外の電力発生源に割り当てられた直流変換器で変換された直流電力を直流電力のままで降圧して蓄電池に充電することが可能になる。この場合、直流電力から一旦交流電力に変換された状態の電力を蓄電池に充電する場合に比べて、蓄電池の充電に係る部品点数を削減することができ、また電力の変換ロスの発生を抑えることができる。また、他の分散型電力発生源からの電力の不足分を蓄電池からの放電によって系統連系システム内で補うことができる。その結果、系統連系システム内での電力バランスを容易に調整することができる。
【０００９】
上記構成の系統連系システムでは、前記の第１情報及び第２情報に加えて、更に蓄電池の残容量に関する第３情報を含む複数の情報に基づいて、複数の分散型電力発生源の各々の出力を制御するのが好ましい。これにより、例えば系統連系システム内での出力電力が商用電力系統での消費電力を上回り、且つ蓄電池の残容量が充電管理上限値である（蓄電池が満充填状態でない）場合に余分な電力を蓄電池に充電することができる。また、例えば系統連系システム内での出力電力が商用電力系統での消費電力を下回り、且つ蓄電池の残容量が放電管理基準値を下回る（蓄電池が放電可能状態である）場合に不足している電力を蓄電池からの放電によって賄うことができる。その結果、系統連系システムをより効率良く制御すること可能になる。
【００１０】
上記構成の系統連系システムでは、複数の分散型電力発生源は、自然エネルギーを利用して発電した電力を出力する自然エネルギー電源を含み、制御装置は、第１制御モードと第２制御モードとのいずれかの制御モードを選択可能であるのが好ましい。第１制御モードは、自然エネルギー電源からの出力電力が最大となるように複数の直流変換器のうち自然エネルギー電源に割り当てられた自然エネルギー電源用直流変換器を制御する制御モードである。第２制御モードは、自然エネルギー電源からの出力電力が商用電力系統で消費される消費電力を上回る場合に当該出力電力を第１制御モード時よりも抑えるように自然エネルギー電源用直流変換器を制御する制御モードである。これにより、例えば系統連系システム内での出力電力が商用電力系統での消費電力を上回る場合には、当該出力電力を抑えるべく自然エネルギー電源の制御モードを第１制御モードから第２制御モードに切り替えるような制御を行うことができる。その結果、系統連系システム内での電力出力バランスのとれた制御を実現できる。
【００１１】
上記構成の系統連系システムでは、複数の直流変換器の各々と交流変換器との間の送電経路上に設けられ、ヒータ作動状態において送電経路を流れる直流電力の一部を熱に変換し、且つ排熱回収装置との間で熱交換を行うように構成された電熱ヒータを備えるのが好ましい。このとき、制御装置は、熱利用先での熱需要量がコジェネレーション電力発生源の作動時に生じた排熱量を上回る場合に電熱ヒータを作動させるヒータ作動モードを選択可能であるのが好ましい。これにより、系統連系システム内での排熱出力バランスのとれた制御を実現できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、コジェネレーション電力発生源を含む複数の分散型電力発生源の各々を商用電力系統に接続するための系統連系システムを効率良く制御することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本実施の形態の系統連系システム１の概略構成を示す図である。
【図２】図２は直流変換器１１，３１の概略構成を示す図である。
【図３】図３は直流変換器１１の回路図を示す図である。
【図４】図４は太陽電池１０の第１制御モードでの制御フローである。
【図５】図５は太陽電池１０の第１制御モードでの制御効果を模式的に示す図である。
【図６】図６は系統連系システム１の昼間時の制御フローである。
【図７】図７は太陽電池１０の第２制御モードでの制御効果を模式的に示す図である。
【図８】図８は系統連系システム１の夜間時の制御フローである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１に示されるように、本実施の形態の系統連系システム１は、いずれも分散型電力発生源の１つである太陽電池１０、発電機２０及び蓄電池３０を備え、これら太陽電池１０、発電機２０及び蓄電池３０の各々を商用電力系統に接続するためのシステムである。ここでいう「分散型電力発生源（分散型電源）」とは、電力会社等による大規模集中発電に対して電力の需要地に隣接して分散配置される小規模な種々の発電設備をいう。従って、太陽電池１０、発電機２０及び蓄電池３０が本発明の「分散型電力発生源」に相当する。
【００１６】
太陽電池１０は、自然エネルギーの１つである太陽光を利用して発電した電力を出力する自然エネルギー電源として構成される。この太陽電池１０に代えて或いは加えて、別の分散型電力発生源を用いることができる。別の分散型電力発生源として、風力や水力等の自然エネルギーを利用して発電した電力を出力する自然エネルギー電源や、廃棄物発電やバイオマス発電によって電力を出力する電源等が挙げられる。
【００１７】
発電機２０は、電力及び排熱の双方を出力する電力発生源、所謂「コジェネレーション電力発生源」として構成されている。即ち、この発電機２０は、ガス、ガソリン、重油、軽油等を燃料とした駆動エンジンによって作動して発電を行う一方で、作動時に生じた排熱を回収するための排熱回収装置６０に接続されている。この発電機２０に代えて或いは加えて、電気化学反応によって電力を取出す燃料電池を用いた電源を採用することもできる。
【００１８】
蓄電池３０は、太陽電池１０及び発電機２０で生じた電力を充電によって蓄電する一方で、蓄電した電力を放電によって出力可能であり、且つ繰り返し使用することが出来るバッテリ電源である。この蓄電池３０が本発明の「蓄電池」に相当する。
【００１９】
太陽電池１０、発電機２０及び蓄電池３０の各々には３つの直流変換器１１，２１，３１のそれぞれが割り当てられている。これら３つの直流変換器１１，２１，３１は、太陽電池１０、発電機２０及び蓄電池３０の各々にそれぞれが独立して接続され、太陽電池１０、発電機２０及び蓄電池３０から出力された電力を直流電力に変換する機能を果たす。これら３つの直流変換器１１，２１，３１が本発明の「複数の直流変換器」に相当する。
【００２０】
交流変換器４０は、３つの直流変換器１１，２１，３１に共用の交流変換器として設けられ、且つ直流系統１３によって３つの直流変換器１１，２１，３１に並列接続されている。また、３つの直流変換器１１，２１，３１の各々と交流変換器４０との間の直流系統１３の送電経路上には電熱ヒータ（「逆潮防止ヒータ」ともいう）１４が設けられている。この電熱ヒータ１４は、ヒータ作動状態において直流系統１３の送電経路を流れる直流電力の一部を熱に変換し、且つ排熱回収装置６０との間で熱交換を行うように構成されている。この電熱ヒータ１４が本発明の「電熱ヒータ」に相当する。一方で、この交流変換器４０は、交流系統４１によって商用電源系統の商用電源５０に接続されている。この交流変換器４０によれば、３つの直流変換器１１，２１，３１の各々で変換された直流電力は、商用電力系統への送電のための交流電力に変換される。また、この交流変換器４０は、直流系統１３での中間電圧を一定に保つように直流変換器１１，２１，３１の各々の出力を制限する出力制限機能を有する。この出力制限機能によれば、直流変換器１１，２１，３１の各々から出力される電圧を一定に保つことができる。この交流変換器４０が本発明の「交流変換器」に相当する。
【００２１】
このため、太陽電池１０、発電機２０及び蓄電池３０の各々からの出力は、直流変換器１１，２１，３１で直流に変換されて直流系統１３を流れた後、１つの交流変換器４０で交流（交流２００Ｖ）に変換されて交流系統４１を流れることによって商用電源５０に供給される。この場合、１つの交流変換器４０を３つの直流変換器１１，２１，３１に共用の変換器としているため、直流変換器１１，２１，３１のそれぞれに専用の交流変換器を設ける構成に比べて、交流変換器の数を減らすことができる。その結果、部品点数の削減、システムのコスト低減を図ることが可能になる。
【００２２】
また、蓄電池３０に割り当てられた直流変換器（蓄電池用直流変換器）３１は、太陽電池１０に割り当てられた直流変換器１１及び発電機２０に割り当てられた直流変換器２１のそれぞれに独立して接続されている。このため、太陽電池１０から出力された電力や発電機２０から出力された電力を交流電力に変換することなく直流電力のままで蓄電池３０に充電することができる。
【００２３】
排熱回収装置６０は、発電機２０の作動時に生じた排熱を回収し、また電熱ヒータ１４との間の熱交換によって電熱ヒータ１４での電熱変換によって生じた熱を回収する機能を果たす。この排熱回収装置６０が本発明の「排熱回収装置」に相当する。この排熱回収装置６０によって回収された熱は、熱利用先の熱源（例えば、給湯や暖房のための熱源）として使用される。この目的のために、この排熱回収装置６０は、発電機２０の作動時に生じた排熱との熱交換のための熱交換器６１、電熱ヒータ１４との間の熱交換のための熱交換器６２、熱交換器６１及び熱交換器６２のそれぞれで回収した熱を熱利用先（例えば、給湯や暖房を行うための設備）に供給するための熱交換器６３を備えている。
【００２４】
系統連系システム１は、各制御対象を制御することで系統連系システム１の包括的な制御を行う制御装置７０を備えている。この制御装置７０は、制御対象である直流変換器１１，２１，３１、発電機２０及び交流変換器４０の各々に接続されている。この制御装置７０は、商用電力系統で消費される消費電力に関する第１情報と、排熱回収装置６０によって回収された排熱が利用される熱利用先での熱需要量に関する第２情報と、蓄電池３０の残容量に関する第３情報とを含む複数の情報に基づいて、太陽電池１０、発電機２０及び蓄電池３０の各々の出力を制御する機能を果たす。第１情報には、消費電力自体のみならず、消費電力を直接的或いは間接的に導出可能な種々の情報が包含される。第２情報には、熱需要量自体のみならず、熱需要量を直接的或いは間接的に導出可能な種々の情報が包含される。第３情報には、蓄電池３０の残容量自体のみならず、残容量を直接的或いは間接的に導出可能な種々の情報が包含される。制御装置７０の制御に係る複数の情報は、第１情報、第２情報及び第３情報の３つの情報のみによって構成されてもよいし、或いはこれら３つの情報に更なる情報が追加されることによって構成されてもよい。また、この制御装置７０は、電熱ヒータ１４をヒータ非作動状態（オフ状態）とヒータ作動状態（オン状態）とのいずれか一方の状態に制御するように構成され、ヒータ作動モードを選択した場合に電熱ヒータ１４の設定状態をオフ状態からオン状態へと切替え制御する。この制御装置７０は、発電電力制御部７１、放電電力制御部７２及び充電電力制御部７３を備えている。この制御装置７０は、既知の入力装置、演算処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置、出力装置等によって構成されている。この制御装置７０が本発明の「制御装置」に相当する。
【００２５】
図２に示されるように、昇圧型コンバータである直流変換器（自然エネルギー電源用直流変換器）１１は昇圧回路１２を備えている。この直流変換器１１では、太陽電池１０において出力された直流電力が昇圧回路１２によって昇圧され所定の直流電力に変換されて出力される。この場合、昇圧回路１２のスイッチング素子１２ａが発電電力制御部７１によって制御される。昇降圧型コンバータである蓄電池用の直流変換器３１は、昇圧回路３２及び降圧回路３３を備えている。この直流変換器３１では、蓄電池３０において出力された交流電力或いは直流電力が昇圧回路３２によって昇圧され所定の直流電力に変換されて出力（放電）される。この場合、昇圧回路３２のスイッチング素子３２ａ，３２ａが放電電力制御部７２によって制御される。一方で、この直流変換器３１では、直流変換器１１，２１で直流電力に変換された電力が降圧回路３３によって降圧されて蓄電池３０に充電される。この場合、降圧回路３３のスイッチング素子３３ａ，３３ａが充電電力制御部７３によって制御される。また、特に図示しないものの、発電機２０において出力された交流電力は、昇圧型コンバータである直流変換器２１において所定の直流電力に変換されて出力される。
【００２６】
図３に示されるように、太陽電池１０のための直流変換器１１は、電気回路の開閉を行うための開閉器１２ｂ，１２ｃを備えている。この直流変換器１１は、太陽電池１０から出力される電力（電流と電圧の積）を最大とするような制御、所謂「ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御」を行う機能を有する。このＭＰＰＴ制御を用いることによって、太陽電池１０での発電量（出力電力）が最大になるように常に最適な電圧と電流が自動で追従制御される。
【００２７】
この追従制御の場合、具体的には、図４に示される制御フローを採用することができる。この制御フローは制御装置７０の発電電力制御部７１によって実行される。この制御フローによれば、日が昇りステップＳ１１において太陽電池１０の出力が開始されると、ステップＳ１２によって直流変換器１１が起動される。その後、ステップＳ１３において、開閉器１２ｂ，１２ｃを予め設定された開時間ｔ（例えば、１０秒）で開放した状態で、太陽電池１０の開放電圧Ｖｏｐを測定する。
【００２８】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で測定した太陽電池１０の開放電圧Ｖｏｐに基づいて、直流変換器１１のスイッチング素子１２ａのオンオフ制御をパルスによって行うＰＭＷ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を用いる。この制御では、開放電圧Ｖｏｐに予め設定された変換係数ａ（例えば、０．７８）を乗じた値を太陽電池１０の動作電圧Ｖｐｖをとした場合、太陽電池１０の出力電圧Ｖｏが動作電圧Ｖｐｖとなり、且つ直流変換器１１から出力される出力電圧Ｖｄが交流変換器４０に入力される入力電圧Ｖｉｎ（例えば、３４０Ｖ）に一致するように、交流変換器４０の前述の出力制限機能によって直流変換器１１が制御される。この制御は、予め設定された時間ｈ（例えば、１時間）が経過するまで継続され（ステップＳ１５のＮｏ）、時間ｈが経過したことを条件（ステップＳ１５のＹｅｓ）にしてステップＳ１３に戻り、再びステップＳ１３及びステップＳ１４の処理を実行する。太陽電池１０の出力が行われている間、これらステップＳ１３及びステップＳ１４の処理を繰り返すことによって、最適な電圧と電流が自動で追従制御される前述のＭＰＰＴ制御が実行される。このＭＰＰＴ制御については、例えば特許文献である特開２０１０−２７８０３６号公報に開示の「電圧追従法を用いたＭＰＰＴ制御アルゴリズム」を参照することができる。
【００２９】
このＭＰＰＴ制御によれば、図５に示されるように、太陽電池１０による発電量が最大となるような電力最大点Ｍ１（電圧Ｖ１、電力Ｐ１）での制御が可能になる。この制御は、太陽電池１０による発電量が最大となるように制御装置７０（発電電力制御部７１）が直流変換器１１を制御する制御モード（第１制御モード）によって実行される。その結果、太陽電池１０の発電効率を高めることが可能になる。
【００３０】
尚、上記の変換係数ａは、太陽電池１０の材料が同じであれば設置環境等が変わっても変動が少ないことが知られている。従って、太陽電池１０の動作電圧Ｖｐｖを決定する際、予め設定された変換係数ａを用いることで、開放電圧Ｖｏｐを測定するのみの簡易的な方法及び制御回路によってＭＰＰＴ制御を実行することができる。その結果、構造の簡素化及び製品コストの低減を図ることができ、また種々の太陽電池モジュールに対する汎用性を高めることができる。また、日射量や温度が変動しても太陽電池１０の開放電圧Ｖｏｐの変化が少ない場合には、開放電圧Ｖｏｐを測定するための時間ｈをできるだけ短く設定して、その分、太陽電池１０による発電持続時間を延ばすように制御するのが好ましい。
【００３１】
以下、系統連系システム１の昼間での制御フロー及び夜間での制御について図６〜図８を参照しつつ説明する。これらの制御はいずれも系統連系システム１を包括的に制御する制御装置７０によって実行される。
【００３２】
図６に示される系統連系システム１の昼間時の制御では、まずステップＳ１０１において太陽電池１０による発電量（「太陽電池１０からの出力電力」ともいう）が正であるか否か、即ち日が昇り太陽電池１０からの電気の出力が開始されたか否かが判定される。太陽電池１０による発電量が正であると判定した場合（ステップＳ１０１のＹｅｓ）にはステップＳ１０２にすすみ、そうでない場合（ステップＳ１０１のＮｏ）には当該制御を終了する。ステップＳ１０２では、発電機２０の作動信号を検知することによって発電機２０が作動状態であるか否かを判定する。発電機２０が作動状態であると判定した場合（ステップＳ１０２のＹｅｓ）にはステップＳ１０３にすすみ、そうでない場合（ステップＳ１０２のＮｏ）にはステップＳ１１１にすすむ。ステップＳ１０３では、自家発電量、即ち太陽電池１０による発電量と発電機２０による発電量（「発電機２０からの出力電力」ともいう）との合計が消費電力を上回っているか否かを判定する。自家発電量が消費電力を上回っていると判定した場合（ステップＳ１０３のＹｅｓ）にはステップＳ１０４にすすみ、そうでない場合（ステップＳ１０３のＮｏ）にはステップＳ１２１にすすむ。ステップＳ１０４では、発電機２０からの排熱量が熱利用先での熱需要量を上回っているか否かを判定する。発電機２０の作動時に生じる排熱量が熱利用先での熱需要量を上回っていると判定した場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）にはステップＳ１０５にすすみ、そうでない場合（ステップＳ１０４のＮｏ）にはステップＳ１０６にすすむ。
【００３３】
ステップＳ１０５の処理は、系統連系システム１内で電力及び排熱がともに過剰であるという状態に対応した処理である。この処理では、発電機２０の作動時に生じる排熱量を熱利用先での熱需要量に応じて減らすことが可能であるため、発電機２０の出力を抑える抑制制御、典型的には発電機２０を駆動する駆動エンジンの回転数を低下させる制御を行う。この場合、ステップＳ１０３で自家発電量が消費電力を上回っていると既に判定しており、自家発電量が消費電力を下回らない範囲で発電機２０による発電量を低下させることができる。ステップＳ１０６では、蓄電池３０の残容量が充電管理上限値（ＰｂＭＡＸ）に達しているか否か、即ち蓄電池３０が満充電状態であるか否かを判定する。蓄電池３０の残容量が管理上限値である（蓄電池３０が満充電状態である）と判定した場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）にはステップＳ１０７にすすみ、そうでない場合（ステップＳ１０６のＮｏ）にはステップＳ１０８にすすむ。
【００３４】
ステップＳ１０７の処理は、系統連系システム１内で電力が過剰であり発電機２０による排熱が不足している一方で、蓄電池３０の残容量が無いという状態に対応した処理である。この処理では、熱利用先での熱需要量が発電機２０の作動時に生じた排熱量を上回り、且つ自家発電による余分な電力を蓄電池３０に蓄えることが可能な残容量が無いため、電熱ヒータ１４をヒータ作動モードに制御してその設定状態をオフ状態からオン状態へと切替える。この場合、余分な電力を排熱回収装置６０において排熱として熱回収して熱利用先での熱需要に応えることができる。この場合、電熱ヒータ１４は、熱利用先での熱需要に対するバックアップ熱源としての機能を果たす。
【００３５】
ステップＳ１０８の処理は、系統連系システム１内で電力が過剰であり発電機２０による排熱が不足している一方で、蓄電池３０の残容量が有るという状態に対応した処理である。この処理では、自家発電による余分な電力を蓄電池３０に蓄えることが可能な残容量が有るため、蓄電池３０にこの余分な電力を充電する。この場合、太陽電池１０から出力された電力、及び発電機２０から出力された電力は、交流に変換されることなく直流のままで蓄電池３０に充電される。即ち、太陽電池１０から出力された電力は直流変換器１１及び直流変換器３１を順次経由して蓄電池３０へと流れ、発電機２０から出力された電力は直流変換器２１及び直流変換器３１を順次経由して蓄電池３０へと流れる。
【００３６】
ステップＳ１１１では、太陽電池１０による発電量が消費電力を上回っているか否かを判定する。太陽電池１０による発電量が消費電力を上回っていると判定した場合（ステップＳ１１１のＹｅｓ）にはステップＳ１１２にすすみ、そうでない場合（ステップＳ１１１のＮｏ）にはステップＳ１１７にすすむ。ステップＳ１１２では、蓄電池３０の残容量が充電管理上限値（ＰｂＭＡＸ）に達しているか否か、即ち蓄電池３０が満充電状態であるか否かを判定する。蓄電池３０の残容量が管理上限値である（蓄電池３０が満充電状態である）と判定した場合（ステップＳ１１２のＹｅｓ）にはステップＳ１１３にすすみ、そうでない場合（ステップＳ１１２のＮｏ）にはステップＳ１１６にすすむ。ステップＳ１１３では、発電機２０からの排熱量が熱利用先での熱需要量を上回っているか否かを判定する。発電機２０からの排熱量が熱利用先での熱需要量を上回っていると判定した場合（ステップＳ１１３のＹｅｓ）、例えば熱利用先での熱需要がない場合にステップＳ１１４にすすみ、そうでない場合（ステップＳ１１３のＮｏ）にはステップＳ１１５にすすむ。
【００３７】
ステップＳ１１４の処理は、系統連系システム１内で太陽電池１０による電力及び発電機２０による排熱がともに過剰である一方で、蓄電池３０の残容量が無いという状態に対応した処理である。この場合、蓄電池３０が満充電状態であるため太陽電池１０による発電量から消費電力を差し引いた電力を蓄電池３０に充電することができず、太陽電池１０による発電量の一部が余ることになる。そこで、この処理では、太陽電池１０による発電量が消費電力を上回る場合に太陽電池１０による発電量が消費電力を下回らないように当該発電量を抑えるべく直流変換器１１を制御する。即ち、可能な限り余分な発電を行うことなくシステム全体での発電量の全てを消費電力に充てるというコンセプトの場合、太陽電池１０による発電量を消費電力に一致させるように太陽電池１０による発電量を抑えるのが好ましい。
【００３８】
このステップＳ１１４の処理は、太陽電池１０による発電量を前述の第１制御モード時よりも抑えるように制御装置７０（発電電力制御部７１）が直流変換器１１を制御する制御モード（第２制御モード）を選択することによって実行される。ここで、図７が参照されるように、前述の第１制御モードでは直流変換器１１のＭＰＰＴ制御によって、太陽電池１０による発電量が最大となるような出力電圧（電圧Ｖ１と電力Ｐ１とによって定まる電力最大点Ｍ１）が選択される。これに対して、第２制御モードによれば、太陽電池１０の電圧をＶ１からＶ２へと変更することによって、太陽電池１０による出力電圧を電力最大点Ｍ１から電力低下点Ｍ２まで下げることが可能である。この場合、太陽電池１０に余分な負荷がかかるのを防止するためには、太陽電池１０の負荷が小さくなる方向に電圧を調整するのが好ましい。
【００３９】
図６に戻り、ステップＳ１１５の処理は、系統連系システム１内で太陽電池１０による電力が過剰であり発電機２０による排熱が不足している一方で、蓄電池３０の残容量が無いという状態に対応した処理である。この処理では、発電機２０が作動していない非作動状態で排熱量を熱利用先での熱需要量に応じて増やす必要があるため、電熱ヒータ１４をヒータ作動モードに制御してその設定状態をオフ状態からオン状態へと切替える。この場合、電熱ヒータ１４は、熱利用先での熱需要に対するバックアップ熱源としての機能を果たす。
【００４０】
ステップＳ１１６の処理は、系統連系システム１内で太陽電池１０による電力が過剰である一方で、蓄電池３０の残容量が有るという状態に対応した処理である。この処理では、蓄電池３０は太陽電池１０によって発電された余分な電力を蓄えることが可能な残容量が有るため、蓄電池３０にこの余分な電力を充電する。この場合、太陽電池１０から出力された電力は、交流に変換されることなく直流のままで蓄電池３０に充電される。即ち、太陽電池１０から出力された電力は直流変換器１１及び直流変換器３１を順次経由して蓄電池３０へと流れる。
【００４１】
ステップＳ１１７では、蓄電池３０の残容量が放電管理下限値（ＰｂＭＩＮ）、即ち放電することが可能な値を上回っているか否かを判定する。蓄電池３０の残容量が管理下限値を上回っていると判定した場合（ステップＳ１１７のＹｅｓ）にはステップＳ１１８にすすみ、そうでない場合（ステップＳ１１７のＮｏ）にはステップＳ１１９にすすむ。
【００４２】
ステップＳ１１８の処理は、系統連系システム１内で太陽電池１０による電力が不足しており、且つ蓄電池３０からの放電が可能であるいう状態に対応した処理である。この処理では、消費電力に対して太陽電池１０による発電量のみでは賄いきれない電力を蓄電池３０からの放電によって補う。この場合、蓄電池３０は、消費電力に対するバックアップ電源としての機能を果たす。これに対して、ステップＳ１１９の処理は、系統連系システム１内で太陽電池１０による電力が不足している一方で、蓄電池３０からの放電が可能でないという状態に対応した処理である。この処理では、消費電力に対して太陽電池１０による発電量のみでは賄いきれない不足電力を外部からの電力購入（売電）によって補う。
【００４３】
ステップＳ１２１では、蓄電池３０の残容量が放電管理下限値（ＰｂＭＩＮ）、即ち放電することが可能な値を上まわっているか否かを判定する。蓄電池３０の残容量が管理下限値を上回っていると判定した場合（ステップＳ１２１のＹｅｓ）にはステップＳ１２２にすすみ、そうでない場合（ステップＳ１２１のＮｏ）にはステップＳ１２３にすすむ。
【００４４】
ステップＳ１２２の処理は、系統連系システム１内で電力が過剰である一方で、蓄電池３０からの放電が可能であるという状態に対応した処理である。この処理では、消費電力に対して自家発電量のみでは賄いきれない電力を蓄電池３０からの放電によって補う。この場合、蓄電池３０は、消費電力に対するバックアップ電源としての機能を果たす。これに対して、ステップＳ１２３の処理は、系統連系システム１内で電力が過剰である一方で、蓄電池３０からの放電が可能でないという状態に対応した処理である。この処理では、消費電力に対して自家発電量のみでは賄いきれない不足電力を外部からの電力購入（売電）によって補う。
【００４５】
図８に示される系統連系システム１の夜間時の制御では、まずステップＳ２０１において発電機２０の作動信号を検知することによって発電機２０が作動状態であるか否かを判定する。発電機２０が作動状態であると判定した場合（ステップＳ２０１のＹｅｓ）にはステップＳ２０２にすすみ、そうでない場合（ステップＳ２０１のＮｏ）にはステップＳ２０８にすすむ。ステップＳ２０２では、発電機２０による発電量が消費電力を上回っているか否かを判定する。発電機２０による発電量が消費電力を上回っていると判定した場合（ステップＳ２０２のＹｅｓ）にはステップＳ２０３にすすみ、そうでない場合（ステップＳ２０２のＮｏ）にはステップＳ２０８にすすむ。
【００４６】
ステップＳ２０３では、発電機２０からの排熱量が熱利用先での熱需要量を上回っているか否かを判定する。発電機２０の作動時に生じる排熱量が熱利用先での熱需要量を上回っていると判定した場合（ステップＳ２０３のＹｅｓ）にはステップＳ２０４にすすみ、そうでない場合（ステップＳ２０３のＮｏ）にはステップＳ２０７にすすむ。ステップＳ２０４では、蓄電池３０の残容量が充電管理上限値（ＰｂＭＡＸ）に達しているか否か、即ち蓄電池３０が満充電状態であるか否かを判定する。蓄電池３０の残容量が管理上限値であると判定した場合（ステップＳ２０４のＹｅｓ）にはステップＳ２０５にすすみ、そうでない場合（ステップＳ２０４のＮｏ）にはステップＳ２０６にすすむ。
【００４７】
ステップＳ２０５の処理は、系統連系システム１内で発電機２０による電力及び排熱がともに過剰である一方で、蓄電池３０の残容量が無いという状態に対応した処理である。この処理では、発電機２０の作動時に生じる排熱量を熱利用先での熱需要量に応じて減らすことが可能であり、且つ発電機２０によって発電された余分な電力を蓄電池３０に蓄えることが可能な残容量が無いため、発電機２０の出力を抑える抑制制御、典型的には発電機２０の回転を低下させる制御を行う。この場合、ステップＳ２０２で発電機２０による発電量が消費電力を上回っているため、発電機２０による発電量が消費電力を下回らない範囲で当該発電量を低下させることができる。
【００４８】
ステップＳ２０６の処理は、系統連系システム１内で発電機２０による電力及び排熱がともに過剰である一方で、蓄電池３０の残容量が有るという状態に対応した処理である。この処理では、蓄電池３０は発電機２０によって発電された余分な電力を蓄えることが可能な残容量が有るため、蓄電池３０にこの余分な電力を充電する。この場合、発電機２０から出力された電力は、交流に変換されることなく直流のままで蓄電池３０に充電される。即ち、発電機２０から出力された電力は直流変換器２１及び直流変換器３１を順次経由して蓄電池３０へと流れる。
【００４９】
ステップＳ２０７の処理は、系統連系システム１内で発電機２０による電力が過剰である一方で発電機２０による排熱が不足しているという状態に対応した処理である。この処理では、熱利用先での熱需要量が発電機２０の作動時に生じた排熱量を上回るため、熱利用先での熱需要量に対して不足している排熱量を確保するために電熱ヒータ１４をヒータ作動モードに制御してその設定状態をオフ状態からオン状態へと切替える。この場合、不足している排熱量を排熱回収装置６０による熱回収によって補うことができる。この場合、電熱ヒータ１４は、熱利用先での熱需要に対するバックアップ熱源としての機能を果たす。
【００５０】
ステップＳ２０８では、蓄電池３０の残容量が放電管理下限値（ＰｂＭＩＮ）、即ち放電することが可能な値を上回っているか否かを判定する。蓄電池３０の残容量が管理下限値を上回っていると判定した場合（ステップＳ２０８のＹｅｓ）にはステップＳ２０９にすすみ、そうでない場合（ステップＳ２０８のＮｏ）には当該制御を終了する。ステップＳ２０９の処理は、系統連系システム１内での電力が不足しており、しかも蓄電池３０からの放電が可能であるという状態に対応した処理である。この処理では、不足している電力を蓄電池３０からの放電によって補う。この場合、蓄電池３０は、消費電力に対するバックアップ電源としての機能を果たす。
【００５１】
以上のように、上記の系統連系システム１によれば、商用電力系統で消費される消費電力に関する第１情報と、熱利用先での熱需要量に関する第２情報と、に蓄電池の残容量に関する第３情報を含む複数の情報に基づいて、太陽電池１０、発電機２０及び蓄電池３０の各々の出力を制御することができる。例えば、第１の形態では、系統連系システム１内での出力電力が商用電力系統での消費電力を上回る場合に当該出力電力を抑えるような制御を行う一方で、発電機２０の作動時に生じた排熱が熱利用先での熱需要量を上回る場合に発電機２０の出力を抑えて排熱量を減らすような制御を行うことができる。また、第２の形態では、系統連系システム１内での出力電力が商用電力系統での消費電力を上回り、且つ蓄電池３０が満充填状態でない場合に余分な電力を蓄電池３０に充電する一方で、系統連系システム内１での出力電力が商用電力系統での消費電力を下回り、且つ蓄電池３０が放電可能状態である場合に不足している電力を蓄電池３０からの放電によって賄うことができる。このため、系統連系システム１内での電力及び熱のそれぞれの出力バランスを考慮しつつ系統連系システム１を効率良く制御すること可能になる。
【００５２】
また、上記の系統連系システム１によれば、直流変換器１１，２１で変換された直流電力を直流電力のままで降圧して蓄電池３０に充電することが可能になる。この場合、直流電力から一旦交流電力に変換された状態の電力を蓄電池３０に充電する場合に比べて、蓄電池３０の充電に係る部品点数を削減することができ、また電力の変換ロスの発生を抑えることができる。また、太陽電池１０や発電機２０からの電力の不足分を蓄電池３０からの放電によって系統連系システム１内で補うことができる。その結果、系統連系システム１内での電力バランスを容易に調整することができる。
【００５３】
また、上記の系統連系システム１では、系統連系システム１内での出力電力が商用電力系統での消費電力を上回る場合には、当該出力電力を抑えるべく太陽電池１０の制御モードを第１制御モードから第２制御モードに切り替えるような制御を行うことができる。その結果、系統連系システム１内での電力出力バランスのとれた制御を実現できる。特に、太陽電池１０からの出力電力を抑える第２制御モードを選択した場合には、系統連系システム１内で不要な電力が発電されるのを防止するとともに、太陽電池１０に余分な負荷をかけないようにして機器寿命を延ばすことができる。
【００５４】
また、上記の系統連系システム１では、熱利用先での熱需要量が発電機２０の作動時に生じた排熱量を上回る場合に電熱ヒータ１４を作動させるヒータ作動モードを選択することができる。その結果、系統連系システム１内での排熱出力バランスのとれた制御を実現できる。尚、熱利用先での熱需要量が発電機２０の作動時に生じる排熱量に比べて常時に少ない場合には、電熱ヒータ１４を省略することもできる。
【００５５】
本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００５６】
上記の実施形態の系統連系システム１は、分散型電力発生源として、太陽電池１０、発電機２０及び蓄電池３０を備える場合について記載したが、本発明に係る系統連系システムは、複数の分散型電力発生源の中に少なくとも発電機２０のようなジェネレーション電力発生源を包含するものであればよい。例えば、系統連系システム１において、太陽電池１０、発電機２０及び蓄電池３０に別の分散型電力発生源が追加された構成や、太陽電池１０、発電機２０及び蓄電池３０のうち発電機２０及び蓄電池３０の少なくとも一方が省略された構成を採用することもできる。
【００５７】
図６及び図８に示される制御フローは必要に応じて変更可能である。例えば、系統連系システム１から蓄電池３０を省略する場合には、図６においてステップＳ１０６〜Ｓ１０８，Ｓ１１２，１１６〜１１８，１２１，１２２を省略し、また図８においてステップＳ２０４，Ｓ２０６，Ｓ２０８，Ｓ２０９を省略することもできる。
【符号の説明】
【００５８】
１…系統連系システム、１０…太陽電池、２０…発電機、３０…蓄電池、１１，２１，３１…直流変換器、１２…昇圧回路、１２ａ，３２ａ，３３ａ…スイッチング素子、１２ｂ，１２ｃ…開閉器、１３…直流系統、１４…電熱ヒータ、３２…昇圧回路、３３…降圧回路、４０…交流変換器、４１…交流系統、５０…商用電源、６０…排熱回収装置、６１，６２，６３…熱交換器、７０…制御装置、７１……発電電力制御部、７２…放電電力制御、７３…充電電力制御部  
【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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【図８】
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