JP2005130572A - 分散型発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の交流発電装置に後付けで蓄電池を併設する形態に適合可能な、蓄電池付きの分散型発電システムを提供する。
【解決手段】 負荷追従運転可能な交流発電装置１と、交流発電装置１の出力端と双方向型インバータ７を介して接続する蓄電池４と、複数の制御モードの中から前記出力端に接続する負荷１６の負荷電力と蓄電池４の充電量に応じて１つの制御モードを選択し、選択した制御モードに従って蓄電池４の充放電を制御する充放電制御装置１０とを備えてなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流発電装置と、その出力電力の余剰分を充電可能な蓄電池を備えてなる分散型発電システムに関する。

近年、ＣＯ_２排出量の削減や省エネルギを志向した分散型エネルギシステムの開発が活発であり実用化も進んでおり、一般家庭、集合住宅、オフィスなどにおいても電力消費地で発電を行う分散型発電システムの利用が今後急速に進展するものと考えられる。特に、熱電併給可能な燃料電池やガスエンジン発電機等のコージェネレーションシステムは、電力のみならず、燃料電池やガスエンジンの発生する熱エネルギを同時に有効利用できるため、全体的なエネルギ効率の高さで注目を集めている。

また、分散型発電システムでは、出力電力の余剰分を充電可能な蓄電池を併設することで、時間的に変動する負荷電力の実質的な平準化を図ることができ、分散型発電システムの高効率での運転が可能となり、結果としてＣＯ_２排出量の削減や省エネルギに資することができる。

かかる蓄電池を併設した分散型発電システムの一例として、例えば、下記の特許文献１に開示されたような燃料電池発電システムや、下記の特許文献２に開示されたような分散電源システムがある。

特許文献１または２に開示されたような従来の蓄電池を併設した分散型発電システムは、図６に示すように、燃料電池や太陽電池等の直流式の発電機３０と、発電機３０の出力電圧を調整するＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、直流入力を所定の周波数と電圧の交流出力に変換するインバータ３２を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１とインバータ３２の中間点に蓄電池３３を接続して、蓄電池３３を分散型発電システム内に内包した構成となっている。図６に示す回路構成の変形例として、発電機３０の出力電圧調整が不要な場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を設けず、インバータ３２だけで電圧調整を行う構成、或いは、蓄電池３３の電池電圧とインバータ３２の入力電圧との関係から蓄電池３３とインバータ３２の入力との間にＤＣ／ＤＣコンバータを設ける構成等がある。何れの構成においても、蓄電池３３は、インバータ３２の入力側に位置している。
特開２００３−７７５０７号公報 特開２００２−１７０４４号公報

上述した従来の蓄電池を併設した分散型発電システムでは、蓄電池がインバータ３２の入力側に位置していることから、発電機からインバータまでを独立した交流発電装置と見做した場合、蓄電池の充放電制御には、交流発電装置の内部状態を制御情報として受け取る必要がある。逆に、交流発電装置側の発電機及びインバータの運転制御も、蓄電池の充放電制御状態を制御情報として必要になる。換言すれば、蓄電池の充放電制御と交流発電装置側の運転制御とを夫々独立して実行できないことを意味している。従って、発電機からインバータまでの独立した交流発電装置が既に存在している場合に、後付けで蓄電池を併設する場合に、従来の構成では、単に蓄電池を併設するだけでは、充放電制御が適切に行えないという問題があった。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記問題点を解消し、既存の交流発電装置に後付けで蓄電池を併設する形態に適合可能な、蓄電池付きの分散型発電システムを提供することにある。

この目的を達成するための本発明に係る分散型発電システムの第一の特徴構成は、負荷追従運転可能な交流発電装置と、前記交流発電装置の出力端と双方向型インバータを介して接続する蓄電池と、複数の制御モードの中から前記出力端に接続する負荷の負荷電力と前記蓄電池の充電量に応じて１つの制御モードを選択し、選択した前記制御モードに従って前記蓄電池の充放電を制御する充放電制御装置と、を備えてなる点にある。

上記分散型発電システムの第一の特徴構成によれば、充放電制御装置は、蓄電池の充放電を、交流発電装置の運転制御と独立して実行できるので、蓄電池を既存の交流発電装置に後付けして蓄電池付きの分散型発電システムを構成できる。つまり、充放電制御装置は、交流発電装置の出力電力と負荷電力（または系統連系時は系統電力）を監視することで、交流発電装置側と制御情報の交換をせずとも、交流発電装置の出力電力が負荷電力に対して超過状態なのか不足状態なのかが判別でき、その状態に応じて蓄電池の充放電を制御することで、交流発電装置側から見れば、蓄電池は、充電時には負荷の一部として、また、放電時には並列した別電源として動作するので、交流発電装置側の運転制御も蓄電池の存在を無視して実行できる。

ここで、交流発電装置は、直接所定の周波数と電圧の交流出力が可能な交流発電機の他、燃料電池や太陽電池等の直流発電機の直流出力を所定の周波数と電圧の交流出力にインバータで変換する構成のもの、或いは、水力、風力、内燃機関、マイクロガスタービン等によって発生する回転エネルギにより、かご型誘導機、直流励磁同期機、永久磁石同期機等から出力される交流電力を一旦直流電力に変換した後、所定の周波数と電圧の交流出力にインバータで変換する構成のもので、負荷追従運転可能なものであれば何れでも構わない。

同第二の特徴構成は、上記第一の特徴構成に加えて、前記充放電制御装置が、前記蓄電池の充電量が所定の下限値より大きく所定の上限値より小さい場合で、且つ、前記負荷電力が第１閾値以下の場合は、前記制御モードとして充電モードを選択し、前記蓄電池が前記交流発電装置の負荷として動作するように、前記蓄電池を充電する制御を実行し、前記負荷電力が前記第１閾値より大きく第２閾値より小さい場合は、前記制御モードとして中間モードを選択し、前記交流発電装置の出力電力が負荷電力と等しくなるように、前記蓄電池を充放電する制御を実行し、前記負荷電力が前記第２閾値以上の場合は、前記制御モードとして放電モードを選択し、前記蓄電池が前記交流発電装置と並列の電源装置として動作するように、前記蓄電池を放電する制御を実行する点にある。

上記分散型発電システムの第二の特徴構成によれば、負荷電力が第１閾値以下と小さい充電モードでは、蓄電池が強制的に負荷として働き、負荷電力が第２閾値以上と大きい放電モードでは、蓄電池が強制的に電源として働き、その中間の中間モードでは、蓄電池は負荷とも電源とも働かないので、交流発電装置側から見れば、負荷電力の時間的な変動が平準化されるので、交流発電装置の負荷追従が緩和され、高効率運転が可能となる。

同第三の特徴構成は、上記第二の特徴構成に加えて、前記充放電制御装置が、前記充電モードにおいて、前記交流発電装置の出力電力が前記負荷電力と前記蓄電池への充電電力の和に対して不足状態になったときは、その不足状態を解消するように、前記蓄電池の充電を制御し、前記中間モードにおいて、前記交流発電装置の出力電力と前記負荷電力が等しくない場合に、前記出力電力と前記負荷電力が等しくなるように、前記蓄電池を充放電する制御を実行し、前記放電モードにおいて、前記交流発電装置の出力電力と前記蓄電池からの放電電力の和が前記負荷電力に対して超過状態になったときは、その超過状態を解消するように、前記蓄電池の放電を制御する点にある。

負荷電力が交流発電装置の負荷追従速度より速く変動した場合、或いは、交流発電装置が一時的に定出力運転している場合に、充電モードにおいては、交流発電装置の出力電力が負荷電力と蓄電池への充電電力の和に対して一時的に不足状態となる可能性があり、中間モードにおいては、交流発電装置の出力電力が負荷電力に対して一時的に不足状態または超過状態となる可能性があり、放電モードにおいては、交流発電装置の出力電力と蓄電池からの放電電力の和が負荷電力に対して一時的に超過状態となる可能性がある。

上記分散型発電システムの第三の特徴構成によれば、上記一時的な不足状態及び超過状態を蓄電池側の充放電制御によって防止できるため、一時的な不足状態によって生じる、系統連系時の系統電源から電力供給を受けるため余分な電力コスト、系統非連系時における一時的な出力電圧低下等、更に、一時的な超過状態によって生じる、系統連系時の系統電源側への逆潮流（または、低料金での売電）、かかる逆潮流を防止するためのエネルギ効率の悪い電力消費（電気ヒータ等の作動によって電力を熱に変換して蓄熱する処理等）を未然に防止でき、結果として省エネルギ効果の高い分散型発電システムの運転が可能となる。

同第四の特徴構成は、上記第二または第三の特徴構成に加えて、前記充放電制御装置が、前記充電モードと前記中間モード間のモード遷移の基準点である前記第１閾値、及び、前記放電モードと前記中間モード間のモード遷移の基準点である前記第２閾値に、夫々所定幅のヒステリシスを設け、前記制御モードを変化させる点にある。

上記分散型発電システムの第四の特徴構成によれば、負荷電力が第１閾値または第２閾値の近傍で変動した場合に、制御モードが頻繁に切り替わって不安定な制御状態に陥るのを防止でき、安定した蓄電池の充放電制御が実現できる。

同第五の特徴構成は、上記第二乃至第四の何れかの特徴構成に加えて、前記充放電制御装置は、一定周期で前記蓄電池の過去の一定期間の前記充電量の平均値を導出し、前記平均値が前記上限値より小さい所定の第１基準値より大きい満充電状態に近い場合は、前記第１閾値を下げる変更を行い、前記平均値が前記下限値より大きい所定の第２基準値より小さい放電状態に近い場合は、前記第１閾値を上げる変更を行う点にある。

上記分散型発電システムの第五の特徴構成によれば、蓄電池の平均的な充電量が満充電状態に近くなる傾向がある場合は、充電モードの領域が狭まることで、充電期間が減少して充電量が減少し、逆に、蓄電池の平均的な充電量が放電状態に近くなる傾向がある場合は、充電モードの領域が広がることで、充電期間が増大して充電量が増加し、結果として、平均的な充電量が中間的なレベルを維持でき、負荷電力の平準化処理に要する充電電力量と放電電力量を十分に確保できるため、より効果的な平準化処理が可能となる。このことは、後述する充電末モードや放電末モードに遷移する可能性が軽減し、強制的な放電禁止や充電禁止に陥らずに、平準化処理が実行できることを意味している。

同第六の特徴構成は、上記第二乃至第五の何れかの特徴構成に加えて、前記充放電制御装置は、前記蓄電池の充電量が前記上限値以上の場合は、前記制御モードとして充電末モードを選択し、前記蓄電池の充電を禁止し、前記交流発電装置の出力電力が前記負荷電力より小さい場合に、前記蓄電池を放電する制御を実行し、前記蓄電池の充電量が前記下限値以下の場合は、前記制御モードとして放電末モードを選択し、前記蓄電池の放電を禁止し、前記交流発電装置の出力電力が前記負荷電力より大きい場合に、前記蓄電池を充電する制御を実行する点にある。

上記分散型発電システムの第六の特徴構成によれば、蓄電池の充電量が、前記上限値を超えて過充電状態に陥ること、及び、蓄電池の充電量が前記下限値より低下して過放電状態に陥ることを未然に防止でき、蓄電池の品質の維持、高寿命化が図れ、分散型発電システムの信頼性の向上が図れる。

同第七の特徴構成は、上記第六の特徴構成に加えて、前記充放電制御装置が、前記充電末モードと、前記充電モード、前記中間モード、及び、前記放電モードとの間のモード遷移の基準点である前記上限値、及び、前記放電末モードと、前記充電モード、前記中間モード、及び、前記放電モードとの間のモード遷移の基準点である前記下限値に、夫々所定幅のヒステリシスを設け、前記充電末モードへの遷移、前記充電末モードからの遷移、前記放電末モードへの遷移、及び、前記放電末モードからの遷移を制御する点にある。

上記分散型発電システムの第七の特徴構成によれば、蓄電池の充電量が上限値または下限値の近傍にある状態で、負荷電力の変動等によって充電量が変動すると、充電末モードと他の制御モードとの間、或いは、放電末モードと他の制御モードとの間で制御モードが頻繁に切り替わって不安定な制御状態に陥るのを防止でき、安定した蓄電池の充放電制御が実現できる。

同第八の特徴構成は、上記第二乃至第七の何れかの特徴構成に加えて、前記充放電制御装置は、タイマーモードとして、起動時刻、前記充電モードと前記中間モードと前記放電モードの中から選択される起動制御モード、及び、前記起動制御モードに対応した前記第１閾値と前記第２閾値の少なくとも一方の制御目標値の設定入力を受け付け、前記起動時刻が到来すると、所定の制御期間中、前記蓄電池の充電量が前記下限値より大きく前記上限値より小さい場合に、前記負荷電力の大小に関係なく、前記制御モードとして前記起動制御モードを優先的に設定して前記蓄電池の充放電を制御する点にある。

上記分散型発電システムの第八の特徴構成によれば、例えば、１日の内の所定期間をタイマーモードとすることで、その所定期間は、制御モードをマニュアルで設定した起動制御モードを優先して蓄電池の充放電制御が可能となるため、負荷電力の状態に関係なく、例えば、蓄電池の充電を強制的に実行できる。具体的な応用例として、例えば、低い深夜電力料金を設定している系統電源と系統連系している場合、深夜電力料金の設定期間中は、安い系統電力で積極的に蓄電池の充電を行い、電力コストの低減を図ることができる。

同第九の特徴構成は、上記第二乃至第八の何れかの特徴構成に加えて、前記第１閾値及び前記第２閾値は、前記充電量と時間の少なくとも何れか一方を変数とする関数で与えられる点にある。

上記分散型発電システムの第九の特徴構成によれば、第１閾値及び第２閾値が固定値でなく、充電量と時間の少なくとも何れか一方によって変更可能にすることができるので、分散型発電システムの使用環境や電力負荷の変動状況等に応じたきめ細かな調整が可能となり、より高効率な運転が可能となる。また、分散型発電システムが、熱電併給型である場合は、総合的な運転効率は熱負荷にも左右されるため、熱負荷を考慮した第１閾値及び第２閾値の調整が可能となる。

同第九の特徴構成は、上記何れかの特徴構成に加えて、前記充放電制御装置は、前記蓄電池の異常状態を検知した場合に、双方向型インバータの入出力または動作を停止する点にある。

上記分散型発電システムの第九の特徴構成によれば、蓄電池の異常状態によって交流発電装置が異常動作や故障状態に陥る前に、蓄電池と交流発電装置間を遮断できるので、交流発電装置が異常動作や故障状態に陥るのを未然に防止できる。

本発明に係る分散型発電システム（以下、適宜「本発明システム」という。）の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。

〈第１実施形態〉
図１に示すように、本発明システム１は、交流発電装置２と蓄電システム３から構成され、交流発電装置２の出力端と蓄電システム３の入出力端が相互に接続されている。蓄電システム３は、蓄電池４と蓄電池４の充電量を示す充電電圧レベルを監視する電圧監視部５からなる蓄電池ユニット６、双方向型インバータ７、蓄電池ユニット６と双方向型インバータ７間に設けられた継電器８と、双方向型インバータ７と蓄電システム３の入出力端の間に設けられた保護継電器９と、双方向型インバータ７の制御と継電器８，９の解列制御と蓄電池４の充放電制御を行う充放電制御装置１０を備えて構成される。

蓄電池ユニット６の蓄電池４は、リチウム電池のような再充電可能な蓄電池単体セルを複数個直列接続して構成されている。また、電圧監視部５は、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、蓄電池４の単体セルの出力電圧を監視しながら過充電、過放電とならないように充放電を制御する。本実施形態では、満充電状態で最大４．２Ｖの開放出力電圧となるリチウム電池を９６個直列接続した電池モジュールからなる蓄電池４を用いる。蓄電池４の蓄電容量は、交流発電装置２の定格出力電力Ｐｍａｘに対して相対的に最適値が存在することになるが、一般家庭用の交流発電装置２を想定した場合、定格出力電力Ｐｍａｘが５００Ｗ〜１ｋＷの範囲で、約２．５ｋＷｈが最適となる。

双方向型インバータ７は、蓄電池４の放電時に蓄電池ユニット６の直流電力を交流発電装置２の交流電力と同じ電気方式の出力電圧と周波数の交流電力に変換し、蓄電池４の充電時に、交流発電装置２の交流電力を蓄電池ユニット６の充電レベルに適合した直流電力に変換する機能を有し、ＰＷＭ（パルス幅変調方式）により入出力電流を制御可能に構成されている。充放電制御装置１０は、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、電圧監視部５の監視する蓄電池４の充電電圧レベル、及び、交流発電装置２に接続する負荷１６の負荷電力を監視しながら、後述する複数の制御モードを用いた充放電制御を実行する。

交流発電装置２は、天然ガス（都市ガス１３Ａ）を燃料として直流電力を直流出力ラインＤＣ１に出力する燃料電池で構成される発電機１１、発電機１１の出力電圧を所定の直流電圧値に調整して直流出力ラインＤＣ２に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ１２、直流出力ラインＤＣ２の直流電力を所定の電気方式の出力電圧と周波数の交流電力に変換して交流出力ラインＡＣ１に出力するインバータ１３、及び、発電機１１とＤＣ／ＤＣコンバータ１２とインバータ１３の制御を行う制御部１４を備えて構成されている。制御部１４もマイクロコンピュータ等を用いて構成されている。

本実施形態では、発電機１１の出力電圧が４０〜６０Ｖで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２が約４００Ｖに昇圧する。インバータ１３が、その直流入力電圧を一般家庭用に単相３線式正弦波出力の１００Ｖ／２００Ｖに変換して交流出力ラインＡＣに出力し、負荷１６に供給する。インバータ１３はＰＷＭ（パルス幅変調方式）により出力電流を制御可能に構成されている。また、交流発電装置２は、系統電源（商用交流電源）１７と系統連系接続されており、負荷１６は、系統電源１７からも同じ電気方式の交流電力を受電する。従って、インバータ１３は、系統電源１７と系統連系する機能を有している。更に、交流発電装置２は、発電機１１である燃料電池の排熱との熱交換により熱媒体（例えば水など）を加熱して排熱利用給湯暖房ユニット２０に供給する熱交換部１５を備えることで、熱電併給システムとして機能する。

以上の他、充放電制御装置１０が充放電制御、及び、交流発電装置２の制御に使用する負荷電力を監視するため、交流発電装置２の出力端の交流出力ラインＡＣ１上、及び、交流発電装置２の出力電力と系統電源１７の系統電力との合流点ＡＣ２より系統電源１７側の系統交流ラインＡＣ３上に、夫々電流計（カレントトランス）１８，１９を備えて、交流発電装置２の出力電力Ｐｘと系統電源１７の系統電力Ｐｙを夫々個別に計測し、その合計より負荷１６で消費される負荷電力Ｐｚが導出可能な構成となっている。尚、交流発電装置２は自身の出力電流は内部で計測可能であるので、電流計１８の計測結果は、交流発電装置２へは供給されていない。また、図示していないが、交流出力ラインＡＣ１及び系統交流ラインＡＣ３上の電圧値は、互いに等しいものとして、交流発電装置２及び蓄電システム３の内部で計測可能であり、夫々出力電力Ｐｘ、系統電力Ｐｙの計測に用いられる。また、電流計１９は、交流発電装置２用と蓄電システム３用を各別に設けても構わない。

尚、分散型発電システムを図１に示すように系統連系させる場合は、系統連系ガイドラインに準拠した単独運転防止装置、保護継電器を系統保護のために具備する必要があり、例えば、系統停電検出と同時に解列動作する所定の保護継電器を交流発電装置２のインバータ１３と系統電源１７の間に設ける必要があるが、交流発電装置２内にあっても構わないので、本実施形態では、本発明の本旨と関係ないので図示を省略している。尚、蓄電システム３の保護継電器９は、上記系統保護のための保護継電器として機能する。

排熱利用給湯暖房ユニット２０は、図示はしていないが、貯湯槽、補助熱源機、電気ヒータ、熱交換器等からなり、交流発電装置２の熱交換部１５から熱供給を受けて、家庭内の浴槽、浴室、台所等への給湯、及び、各室の暖房用の循環給湯を行うように構成されている。しかし、その具体的な構成は本発明の本旨と直接関係無いので、詳細な説明は割愛する。

次に、本発明システム１の蓄電システム３の充放電制御処理につき説明する。

本発明システム１では、上記充放電制御処理において、６種類の制御モードを設定し、充放電制御装置１０が、夫々の制御モードへの遷移条件及び維持条件を監視し、実時間で現状の制御モードに即した蓄電池４の充放電制御を実行する構成となっている。６種類の制御モードとして、充電モード、放電モード、中間モード、充電末モード、放電末モード、停止モードを用意している。この内、停止モードを除く５つの制御モードは、図２に示すように、負荷電力Ｐｚの大小、及び、電圧監視部５で監視される蓄電池４の充電量を示す充電電圧レベルＶｃによって、区分されている。以下、各制御モードにおける充放電制御の内容について説明する。

充電モードでは、充放電制御装置１０は、蓄電池４が交流発電装置１の負荷として動作するように、蓄電池４を強制的に充電する制御を行う。但し、交流発電装置１の出力電力Ｐｘが負荷電力Ｐｚと蓄電池４への充電電力Ｐｃの和（交流発電装置１から見た実質的な負荷電力）に対して不足状態になったとき（Ｐｘ＜Ｐｚ＋Ｐｃ）は、その不足状態を解消するように、蓄電池４の充電を抑制するように制御し、完全に充電を停止しても不足状態が解消しない場合は放電を行う。

放電モードでは、充放電制御装置１０は、蓄電池４が交流発電装置１と並列の電源装置として動作するように、蓄電池４を強制的に放電する制御を行う。但し、交流発電装置１の出力電力Ｐｘが、負荷電力Ｐｚから蓄電池４の放電電力Ｐｄを引いた差（交流発電装置１から見た実質的な負荷電力）に対して超過状態になったとき（Ｐｘ＞Ｐｚ−Ｐｄ）は、その超過状態を解消するように、蓄電池４の放電を抑制するように制御し、完全に放電を停止しても超過状態が解消しない場合は充電を行う。

中間モードでは、基本的には充放電しない制御を行う。但し、交流発電装置１の出力電力Ｐｘが、負荷電力Ｐｚに対して不足状態（Ｐｘ＜Ｐｚ）、或いは、超過状態（Ｐｘ＞Ｐｚ）になった場合は、その不足状態及び超過状態を解消するように、不足状態では、蓄電池４を放電し、超過状態では、蓄電池４を充電する制御を行う。

上記３つの制御モード（以下、適宜まとめて「通常モード」という。）は、図２に示すように、何れも、充電電圧レベルＶｃが上限値ＶＵ以下、下限値ＶＬ以上（ＶＬ≦Ｖｃ≦ＶＵ）を条件とし、負荷電圧Ｖｚの大小によって、充電モード、放電モード、中間モードが区分される。本実施形態では、負荷電力Ｐｚが第１閾値Ｐ１以下の場合（０≦Ｐｚ≦Ｐ１）に充電モードが選択され、負荷電力Ｐｚが第２閾値Ｐ２以上、交流発電装置２の定格出力Ｐｍａｘ以下の場合（Ｐ２≦Ｐｚ≦Ｐｍａｘ）に放電モードが選択され、それ以外（Ｐ１＜Ｐｚ＜Ｐ２、及び、Ｐｍａｘ＜Ｐｚ）の場合に中間モードが選択される。尚、中間モードは、放電モードを挟んで２箇所に存在するが、以下、説明の便宜上、負荷電力Ｐｚの小さい方の中間モードを第１中間モード、負荷電力Ｐｚの大きい方の中間モードを第２中間モードと呼ぶ。このように、負荷電圧Ｖｚの大小によって、充電モード、放電モード、中間モードを区分することで、負荷電力Ｐｚが小さいときに、蓄電池４が交流発電装置１の負荷として機能し、負荷電力Ｐｚが大きいときに、蓄電池４が交流発電装置１と並列の電源装置として機能することで、負荷電圧Ｖｚの時間的な変動が蓄電池４の充放電で積極的に平準化される。

また、上記通常モードでは、充電モードと中間モードにおける夫々の不足状態、放電モードと中間モードにおける夫々の超過状態は、何れも、実際の負荷電力Ｐｚの変動が急激な場合に、交流発電装置１の負荷追従速度が、当該負荷変動速度を下回る場合に生じる。ここで、交流発電装置１の負荷追従速度を０．５〜１Ｗ／秒とすると、０．５〜１Ｗ／秒以上の負荷変動で、上記不足状態或いは超過状態が発生し得る。このとき、充電モードで同じ充電状態を維持し、中間モードで充放電を行わず、放電モードで同じ放電状態を維持するとすれば、超過状態では、交流発電装置１の出力電力Ｐｘに余剰電力が発生し、その余剰電力が、排熱利用給湯暖房ユニット２０の電気ヒータで消費され、貯湯槽の湯の加熱に使用されることになり、また、不足状態では、系統電源１７からの系統電力Ｐｙの供給量が増加し、省エネルギ及び電力コストの面で非効率となるので、これを回避すべく、充電モードでの充電の制御、放電モードでの放電制御、中間モードでの充放電制御が実行される。

ここで、上限値ＶＵは、蓄電池４が過充電状態とならない最大限界値Ｖｍａｘより低く設定され、下限値ＶＬは、蓄電池４が過放電状態とならない最小限界値Ｖｍｉｎより高く設定されている。本実施形態では、ＶＵ＝４．１４Ｖ、ＶＬ＝３．２０Ｖ、Ｖｍａｘ＝４．２０Ｖ、Ｖｍｉｎ＝３．０５Ｖとしている。また、第１閾値Ｐ１及び第２閾値Ｐ２は、０≦Ｐ１≦Ｐｔｈ、Ｐｔｈ≦Ｐ２≦Ｐｍａｘの範囲内で設定されている。ここで、Ｐｔｈは交流発電装置２の定格出力Ｐｍａｘの５０％に設定している。尚、これらの設定値は、交流発電装置２及び蓄電池４の特性、或いは、使用環境に応じて適宜変更可能である。交流発電装置２の定格出力Ｐｍａｘとしては、一般家庭用を想定した場合、１ｋＷ程度となるが、これに限定されるものではない。

次に、充電末モードと放電末モードについて説明する。充電末モードと放電末モードは、蓄電池４が過充電状態或いは過放電状態とならないための保護モードである。

充電末モードでは、充放電制御装置１０は、蓄電池４の充電を禁止し、交流発電装置２の出力電力Ｐｘが負荷電力Ｐｚより小さい場合に、蓄電池４を放電する制御を行う。放電末モードでは、充放電制御装置１０は、蓄電池４の放電を禁止し、交流発電装置２の出力電力Ｐｘが負荷電力Ｐｚより大きい場合に、蓄電池４を充電する制御を行う。

負荷電力Ｐｚに関係なく、充電電圧レベルＶｃが上限値ＶＵより高く最大限界値Ｖｍａｘ以下（ＶＵ＜Ｖｃ≦ＶＵ）の場合に充電末モードが選択され、最小限界値Ｖｍｉｎ以上で下限値ＶＬより低い（Ｖｍｉｎ≦Ｖｃ＜ＶＬ）場合に放電末モードが選択される。この結果、充電末モードでは、蓄電池４の充電を禁止することで、充電電圧レベルＶｃが最大限界値Ｖｍａｘを超過して過充電状態に陥るのを防止し、放電末モードでは、充電電圧レベルＶｃが最小限界値Ｖｍｉｎより低下して過放電状態に陥るのを防止し、蓄電池４の信頼性及び寿命を確保している。尚、２つの保護モードにおいても、通常モードと同様の理由から、出力電力Ｐｘが負荷電力Ｐｚに対して超過状態或いは不足状態となり得るが、充電末モードでは不足状態でのみ放電を行い、放電末モードでは超過状態でのみ充電を行うことで、蓄電池４の保護を優先して、部分的に省エネルギの実現を図っている。

上記５つの制御モードに対して、充電電圧レベルＶｃが最大限界値Ｖｍａｘを超過した場合、充電電圧レベルＶｃが最小限界値Ｖｍｉｎより低下した場合等の蓄電池４の異常が検知されると、或いは、電圧監視部５からのシステム停止信号等を受け取ると、充放電制御装置１０は、制御モードを停止モードに瞬時に遷移させて、双方向型インバータ７の動作を停止し、継電器８を解列動作させて交流発電装置２と蓄電池ユニット６間の電気的な接続を遮断して、交流発電装置２及び系統電源１７側に、蓄電池４の異常の影響が及ぶのを防止する。尚、停止モードからの復帰は手動で行われる。

以上説明したように、充放電制御装置１０は、電流計１８，１９からの電流値に基づいて負荷電力Ｐｚを算出し、電圧監視部５から充電電圧レベルＶｃを受け取り、負荷電力Ｐｚ及び充電電圧レベルＶｃに基づいて充放電制御を行うべき制御モードを決定して、決定された制御モードの制御内容に従って、双方向型インバータ７及び継電器８に対して充放電制御を実行する。一方、交流発電装置２は、蓄電システム３が外付けシステムであることから、蓄電システム３の動作や状態に関係なく、蓄電システム３がない場合と同様の負荷追従式の運転制御が行われる。同様に、蓄電システム３の充放電制御も、交流発電装置２の動作や状態と無関係に、負荷電力Ｐｚと充電電圧レベルＶｃだけに基づいて充放電制御が実行されるので、蓄電システム３を既存の蓄電池無しの交流発電装置２に後付けで、交流発電装置２に対して何らの変更も加えずに併設することが可能となる。

次に、充放電制御装置１０が、負荷電力Ｐｚと充電電圧レベルＶｃに基づいて、どのように制御モードの選択（モード遷移）を行うかを、図３に示す制御モード遷移図、及び、図４に示す制御モード遷移条件表を参照して説明する。尚、図３及び図４中に示すモード遷移番号＃１〜＃１６は相互に対応している。

先ず、通常モード相互間のモード遷移について説明する。現在、第１中間モードにあると仮定すると、負荷電力Ｐｚが第１閾値Ｐ１より小さくなると（Ｐｚ＜Ｐ１）、瞬時に充電モードに遷移し、負荷電力Ｐｚが第２閾値Ｐ２より大きくなると（Ｐｚ＞Ｐ２）、瞬時に放電モードに遷移する。また、第２中間モードにあると仮定すると、負荷電力Ｐｚが定格出力Ｐｍａｘよりヒステリシス幅Ｐｈだけ小さい電力値（Ｐｍａｘ−Ｐｈ）より小さくなると（Ｐｚ＜Ｐｍａｘ−Ｐｈ）、瞬時に放電モードに遷移する。次に、現在、放電モードにあると仮定すると、負荷電力Ｐｚが定格出力Ｐｍａｘより大きくなる（Ｐｚ＞Ｐｍａｘ）と、瞬時に第２中間モードに遷移し、負荷電力Ｐｚが第２閾値Ｐ２よりヒステリシス幅Ｐｈだけ小さい電力値（Ｐ２−Ｐｈ）より小さくなると（Ｐｚ＜Ｐ２−Ｐｈ）、瞬時に第１中間モードに遷移する。次に、現在、充電モードにあると仮定すると、負荷電力Ｐｚが第１閾値Ｐ１よりヒステリシス幅Ｐｈだけ大きい電力値（Ｐ１＋Ｐｈ）より大きくなる（Ｐｚ＞Ｐ１＋Ｐｈ）と、瞬時に第１中間モードに遷移する。ここで、第１閾値Ｐ１及び第２閾値Ｐ２に設けたヒステリシス幅Ｐｈは何れも５０Ｗであり、通常モード間の遷移を瞬時に行うことから、ヒステリシス幅Ｐｈを設けることでモード遷移が不安定になるのを防止している。尚、充電モードと放電モード相互間のモード遷移は、Ｐ１＜Ｐ２と設定されている限り、その間に第１中間モードが存在するので、直接のモード遷移は生じない。

通常モード相互間のモード遷移については、上記負荷電力Ｐｚだけの判定によるモード遷移以外に、出力電力Ｐｘの超過或いは不足状態でも、これを解消するために、充電モードまたは放電モードにおいて一時的に中間モード的処理が行われ、実質的なモード遷移が生じる。

次に、３つの通常モードと充電末モード間、及び、３つの通常モードと放電末モード間のモード遷移について説明する。現在、何れかの通常モードにあると仮定すると、負荷電力Ｐｚに関係なく、充電電圧レベルＶｃが上限値ＶＵより高くなると（Ｖｃ＞ＶＵ）、瞬時に充電末モードに遷移し、充電電圧レベルＶｃが下限値ＶＬより低くなると（Ｖｃ＜ＶＬ）、瞬時に放電末モードに遷移する。次に、現在、充電末モードにあると仮定すると、充電電圧レベルＶｃが上限値ＶＵよりヒステリシス幅Ｖｈ１だけ低い電圧値（ＶＵ−Ｖｈ１）より低くなると（Ｖｃ＜ＶＵ−Ｖｈ１）、負荷電力Ｐｚに応じて、充電モード、第１または第２中間モード、放電モードの何れかの通常モードに遷移する。次に、現在、放電末モードにあると仮定すると、充電電圧レベルＶｃが下限値ＶＬよりヒステリシス幅Ｖｈ２だけ高い電圧値（ＶＬ＋Ｖｈ２）より高くなると（Ｖｃ＞ＶＬ＋Ｖｈ２）、負荷電力Ｐｚに応じて、充電モード、第１または第２中間モード、放電モードの何れかの通常モードに遷移する。ここで、上限値ＶＵ及び下限値ＶＬに設けたヒステリシス幅Ｖｈ１、Ｖｈ２は、夫々０．０４Ｖと０．１Ｖであり、通常モードと充電末モードまたは放電末モード相互間の遷移を瞬時に行うことから、ヒステリシス幅Ｖｈ１、Ｖｈ２を設けることでモード遷移が不安定になるのを防止している。尚、当然のことながら、充電末モードと放電末モード相互間でのモード遷移は生じない。

また、充電末モードから充電モードへ遷移することは論理的に有り得るが、充電モードでは強制的な充電が実行されるため、直ぐに充電末モードに復帰する虞があるため、かかるモード遷移を予め禁止するか、充電モードに対応する負荷電力範囲のヒステリシス幅Ｖｈ１を大きくするようにしても構わない。同様に、放電末モードから放電モードへ遷移することは論理的に有り得るが、放電モードでは強制的な放電が実行されるため、直ぐに放電末モードに復帰する虞があるため、かかるモード遷移を予め禁止するか、放電モードに対応する負荷電力範囲のヒステリシス幅Ｖｈ２を大きくするようにしても構わない。

〈第２実施形態〉
上記第１実施形態では、第１閾値Ｐ１や第２閾値Ｐ２等は、交流発電装置２及び蓄電池４の特性、或いは、使用環境に応じて適宜変更可能であるとして、予めこれらの条件に最適な設定値を使用することとしていたが、実際の利用状況では、季節変動等によって平均的な負荷が変化する場合もあり、また、最初の設定が必ずしも最適値とは限らない場合もある。かかる場合に、第１閾値Ｐ１や第２閾値Ｐ２の設定如何によっては、蓄電池４に平均的な充電量が、放電状態或いは満充電状態に偏る場合もある。かかる偏りが発生すると、蓄電池４の充放電による負荷変動の平準化の効果が低下するため、これを自動的に補正できる構成とするのが好ましい。そこで、本第２実施形態では、第１実施形態の構成を基本に、充放電制御装置１０に第１閾値Ｐ１の自動更新機能を追加した。

充放電制御装置１０は、一定時間（例えば、３０分）毎に、第１閾値Ｐ１の適正度を判断し、その判断に基づいて第１閾値Ｐ１の更新処理を行う。適正度の判断基準として、判断時から遡って過去の一定期間（例えば、２４時間）の充電電圧レベルＶｃの移動平均Ｖｃａを逐次算出し、これが適正範囲内にあるか否かを判定する。ここで、上限値ＶＵより小さい所定の第１基準値Ｖ１、下限値ＶＬより大きい所定の第２基準値Ｖ２を設定し、Ｖ２≦Ｖｃａ≦Ｖ１となる場合を、移動平均Ｖｃａの適正範囲と定める。尚、本実施形態では、第１基準値Ｖ１＝３．９Ｖ、第２基準値Ｖ２＝３．９Ｖとする。そして、第１閾値Ｐ１の適正度を移動平均Ｖｃａの適正範囲によって判定した結果に基づき、以下の第１閾値Ｐ１の更新処理を実行する。

１）Ｖｃａ＜Ｖ２（適正範囲外）の場合は、蓄電池４は放電傾向にあるので、第１閾値Ｐ１を増加させる補正（Ｐ１＝Ｐ１＋ΔＰ）を行う。これにより、充電モードの領域が拡大し、蓄電池４の放電傾向が緩和される。
２）Ｖｃａ＞Ｖ１（適正範囲外）の場合は、蓄電池４は充電傾向にあるので、第１閾値Ｐ１を減少させる補正（Ｐ１＝Ｐ１−ΔＰ）を行う。これにより、充電モードの領域が縮小し、蓄電池４の充電傾向が緩和される。
３）Ｖ２≦Ｖｃａ≦Ｖ１（適正範囲内）の場合は、第１閾値Ｐ１は適正状態にあるとして、変更は行わない。

ここで、更新幅ΔＰは、例えば５０Ｗとし、更新後の第１閾値Ｐ１は、初期の設定範囲内（０≦Ｐ１≦Ｐｔｈ）に収めるものとし、これを逸脱する更新は行わない。

更に、第１閾値Ｐ１の更新処理を付加したことにより、通常モードから充電末モードまたは放電末モードへの遷移時に、その後の復帰時の問題（上述した充電末モードから充電モードへの復帰、及び、放電末モードから放電モードへの復帰）を解消すべく、通常モードから充電末モードへの遷移時に、第１閾値Ｐ１をＰ１＝ΔＰと低く設定することで、充電モードへの復帰確率を小さくし、通常モードから放電末モードへの遷移時に、第１閾値Ｐ１をＰ１＝Ｐｔｈ−ΔＰと高く設定することで、充電モードへの復帰確率を大きくする処理が可能となる。つまり、保護モードへの遷移により、第１閾値Ｐ１を強制的に変更しても、通常モードへ復帰すれば、第１閾値Ｐ１が適正値に復帰することが可能であるためである。

〈第３実施形態〉
上記各実施形態では、充放電制御装置１０が、常時、負荷電力Ｐｚの大小、及び、充電電圧レベルＶｃを監視して、制御モードを適切に遷移させる制御を行う構成としたが、上記実施形態のように系統電源１７と系統連系している場合、時間帯によっては、強制的に系統電源１７から電力供給を受けて（買電）、積極的にこれを蓄電池４へ充電すること、或いは、強制的に系統電源１７側へ電力供給して（売電）、積極的に蓄電池４から放電することが、総合的に省エネルギまたは経済的な場合が有り得る。例えば、系統電源１７の深夜電力料金が、交流発電装置２の発電コストより安い場合等が該当する。

そこで、本第３実施形態では、上記各実施形態の構成に追加して、充放電制御装置１０が、手動で設定された制御モードを、負荷電力Ｐｚに関係なく実行できるタイマーモードを適用する。充放電制御装置１０は、予め、タイマーモードとして、起動時刻、通常モードから選択される１つの起動制御モード、及び、起動制御モードに対応した第１閾値Ｐ１または第２閾値Ｐ２の制御目標値の設定入力を受け付ける。ここで、第１閾値Ｐ１または第２閾値Ｐ２の制御目標値は、上述の自動制御時の設定条件、０≦Ｐ１≦Ｐｔｈ、Ｐｔｈ≦Ｐ２≦Ｐｍａｘに拘束されない。

タイマーモードの一例として、起動制御モードが充電モードのときは、自動制御時のモード遷移条件で、中間モード、保護モード、停止モードには遷移するが、遷移先の制御モードから放電モードに復帰することを禁止することで、充電モードが優先的に処理される。つまり、充電モードを起動制御モードとして設定し、第１閾値Ｐ１の制御目標値を設定すると、第２閾値Ｐ２は自動的に、定格出力Ｐｍａｘに設定される。また、起動制御モードが放電モードのときは、自動制御時のモード遷移条件で、中間モード、保護モード、停止モードには遷移するが、遷移先の制御モードから充電モードに復帰することを禁止することで、放電モードが優先的に処理される。つまり、放電モードを起動制御モードとして設定し、第２閾値Ｐ２の制御目標値を設定すると、第１閾値Ｐ１は自動的に０に設定される。更に、起動制御モードが中間モードのときは、自動制御時のモード遷移条件で、保護モード、停止モードには遷移するが、遷移先の制御モードから充電モード、放電モードに復帰することを禁止することで、強制的な充電処理や放電処理を禁止することができる。つまり、中間モードを起動制御モードとして設定すると、第１閾値Ｐ１は自動的に０に、第２閾値Ｐ２は自動的に、定格出力Ｐｍａｘに設定される。

この場合、タイマーモードの設定入力例としては、例えば、図５に示すように、起動時刻、起動制御モード、起動制御モードに対応した第１閾値Ｐ１または第２閾値Ｐ２の制御目標値を時系列で入力する。ここで、各起動時刻で起動された起動制御モードは、次の起動時刻が到来するか、タイマーモードが終了するまで制御モードとして優先的に設定され使用される。

更に、タイマーモードの他の一例として、何れの起動制御モードに対しても、第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２の両方を任意に設定するようにしても構わない。これにより、操作者の意図がより細かく反映させることが可能となる。

以下に、別の実施形態につき説明する。

〈１〉上記各実施形態では、タイマーモードでない通常の自動制御時の第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２は、０≦Ｐ１≦Ｐｔｈ、Ｐｔｈ≦Ｐ２≦Ｐｍａｘの範囲内で設定されることとしたが、この設定は、本実施形態のように交流発電装置２が熱電併給システムとして機能する場合、電力需要（負荷電力）Ｐｚのみならず、熱需要の大小にも左右される。つまり、ある設定の第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２で熱電併給運転を続けた場合に、熱余り状態或いは熱不足状態が生じると、交流発電装置２の出力を熱余り状態或いは熱不足状態に合わせて調整することにより、より高い省エネルギ効果が期待される。そこで、熱余り状態では、交流発電装置２の出力を抑制するように蓄電池４の放電機会を増やし、熱不足状態では、交流発電装置２の出力を増大させるように蓄電池４の充電機会を増やすように、第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２、更には、第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２の設定範囲の境界値Ｐｔｈの設定を行う。第１閾値Ｐ１が自動更新される場合は、第２閾値Ｐ２の設定を行う。ここで、極端な場合には、第１閾値Ｐ１が０に、第２閾値Ｐ２が定格出力Ｐｍａｘとなり、充電モードまたは放電モードがなくなる場合も有り得る。

更に、交流発電装置２が熱電併給システムとして機能する場合、第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２の更新を、熱需要を監視することで、熱需要の過不足状態に応じて、自動的に行うようにするのも好ましい実施の形態である。

〈２〉上記各実施形態では、通常モードの区分において、負荷電力Ｐｚが交流発電装置２の定格出力Ｐｍａｘより大きい場合（Ｐｚ＞Ｐｍａｘ）を中間モード（第２中間モード）として設定したが、負荷電力Ｐｚが交流発電装置２の定格出力Ｐｍａｘより大きい場合では、交流発電装置１は定格出力で定出力運転状態となり、もはや負荷追従運転とならないので、蓄電システム３が、交流発電装置１の出力電力Ｐｘの不測電力分を補うように負荷追従するので、放電状態となり、実質的に放電モードにあるのと同じ結果となる。従って、第２中間モードを放電モードに代えても構わない。但し、中間モードと放電モードにおける放電制御に何らかの差異を設ける場合に、当該差異に応じて、Ｐｚ＞Ｐｍａｘの領域に最適な制御モードを選択する。

〈３〉上記実施形態では、第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２にヒステリシス幅Ｐｈを設けて、充電モードと中間モード間、中間モードと放電モード間相互のモード遷移にヒステリシスを設けていたが、ヒステリシス幅Ｐｈは上記実施形態に限定されるものではない。また、当該ヒステリシス幅はあるのが好ましいが、なくても構わない。また、上記ヒステリシスを、充電モードと中間モード間、中間モードと放電モード間相互のモード遷移に時間的制約を設けることで、瞬時に復帰できないようにすることで、同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、充電電圧レベルの上限値と下限値にヒステリシス幅Ｖｈ１とＶｈ２を設けて、３つの通常モードと充電末モード相互間、及び、３つの通常モードと放電末モード相互間のモード遷移にヒステリシスを設けていたが、ヒステリシス幅Ｖｈ１とＶｈ２は上記実施形態に限定されるものではない。また、当該ヒステリシス幅はあるのが好ましいが、なくても構わない。また、上記ヒステリシスを、３つの通常モードと充電末モード相互間、及び、３つの通常モードと放電末モード相互間のモード遷移に時間的制約を設けることで、保護モードから通常モードへ瞬時に復帰できないようにすることで、同様の効果を得ることができる。

〈４〉上記実施形態では、第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２は、充電電圧レベルＶｃが上限値ＶＵ以下、下限値ＶＬ以上（ＶＬ≦Ｖｃ≦ＶＵ）であれば、特に、充電電圧レベルＶｃや時間ｔ（例えば、本発明システム１の使用時刻）に依存しない一定値であったが、充電電圧レベルＶｃや時間ｔの関数で与えることにより、よりきめ細かな充放電制御を可能とするようにしても構わない。

例えば、停止モードを除く５つの制御モードを、図７に示すように区分し、充電モードと第１中間モードの境界である第１閾値Ｐ１と、第１中間モードと放電モードの境界である第２閾値を、夫々充電電圧レベルＶｃと時間ｔの下記の数１に示すような関数で与える。

（数１）
Ｐ１＝ｆ１（Ｖｃ，ｔ）
Ｐ２＝ｆ２（Ｖｃ，ｔ）

例えば、図７に示すように、充電モードにおいて、充電電圧レベルＶｃが高く、充電末モードに近づくにつれて、第１閾値Ｐ１を小さくすることで、同じ負荷電力Ｐｚでも、中間モードに移行して充電が抑制され、不必要に充電末モードに移行することを未然に回避できる。同様に、放電モードにおいて、充電電圧レベルＶｃが低く、放電末モードに近づくにつれて、第１閾値Ｐ２を小さくすることで、同じ負荷電力Ｐｚでも、中間モードに移行して放電が抑制され、不必要に放電末モードに移行することを未然に回避できる。

ここで、時間に対する第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２は、必ずしも連続的でなく、熱負荷の増大が予測される時刻になると、第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２を不連続に変化させるような形態でも構わない。

以上の結果、第１閾値及び第２閾値が固定値でなく、充電量と時間の少なくとも何れか一方によって変更可能にすることができるので、分散型発電システムの使用環境や電力負荷の変動状況等に応じたきめ細かな調整が可能となり、より高効率な運転が可能となる。また、分散型発電システムが、熱電併給型である場合は、総合的な運転効率は熱負荷にも左右されるため、熱負荷を考慮した第１閾値及び第２閾値の調整が可能となる。

尚、第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２の関数は、図７に示すような特性に限定されるものではない。

また、本別実施形態〈４〉においても、上記第２実施形態における第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２の更新処理は、適用可能である。この場合、第１閾値Ｐ１と第２閾値Ｐ２の関数式における係数等を更新すればよい。

〈５〉上記実施形態では、交流発電装置２が系統電源１７と系統連系する場合を説明したが、本発明システム１が独立して負荷１６の電力需要を賄う構成であっても構わない。また、他の分散型発電システムと連系する構成であっても構わない。

〈６〉上記実施形態では、蓄電池４として、リチウム電池を９６個直列接続したものを例示したが、蓄電池４の単体セルの組成や構造及びその直列個数等は、上記実施形態に限定されるものではない。

〈７〉上記実施形態における交流発電装置２及び系統電源１７の出力電力、電気方式等は、上記実施形態のものに限定されるものではない。

〈８〉上記実施形態では、本発明システム１は、燃料電池を備えた熱電併給システムであったが、それ以外に、ガスエンジンを備えた家庭用のガスエンジン熱電併給システム等であっても構わない。また、本発明システム１は、必ずしも交流発電装置２の排熱を利用する熱電併給システムである必要はなく、排熱利用給湯暖房ユニット２０の無い、発電専用システムに適用しても構わない。その場合は、交流発電装置２には排熱利用を目的とした熱交換部８は不要である。

本発明に係る分散型発電システムの一実施形態を示す回路ブロック図 本発明に係る分散型発電システムで用いる制御モードの負荷電力、充電電圧レベルによる区分を説明する図 本発明に係る分散型発電システムで用いる制御モード間でのモード遷移を説明するモード遷移図 本発明に係る分散型発電システムで用いる制御モード間でのモード遷移に関する遷移条件を示す制御モード遷移条件表 本発明に係る分散型発電システムで用いるタイマーモードの設定入力例を示す説明図 従来の蓄電池を併設した分散型発電システムの一例を示す回路ブロック図 本発明に係る分散型発電システムの別実施形態における制御モードの負荷電力、充電電圧レベルによる区分例を説明する図

符号の説明

１： 本発明に係る分散型発電システム
２： 交流発電装置
３： 蓄電システム
４： 蓄電池
５： 電圧監視部
６： 蓄電池ユニット
７： 双方向型インバータ
８： 継電器
９： 継電器
１０： 充放電制御装置
１１： 発電機
１２： ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３： インバータ
１４： 制御部
１５： 熱交換部
１６： 負荷（電力負荷）
１７： 系統電源
１８： 電流計
１９： 電流計
２０： 排熱利用給湯暖房ユニット
ＡＣ１： 交流出力ライン
ＡＣ２： 系統電力との合流点
ＡＣ３： 系統交流ライン
ＤＣ１〜ＤＣ２：直流出力ライン
Ｐｘ： 交流発電装置の出力電力
Ｐｙ： 系統電力
Ｐｚ： 負荷電力
Ｐｃ： 系統電源
Ｐｄ： 系統電源
Ｐ１： 第１閾値
Ｐ２： 第２閾値
Ｐｍａｘ：放電深度切替信号
Ｐｔｈ： 第１閾値と第２閾値の設定範囲の境界値
Ｐｈ： 第１閾値と第２閾値のヒステリシス幅
Ｖｃ： 充電電圧レベル
ＶＵ： 充電電圧レベルの上限値
ＶＬ： 充電電圧レベルの下限値
Ｖｍａｘ：充電電圧レベルの最大限界値
Ｖｍｉｎ：充電電圧レベルの最小限界値
Ｖｈ１： 充電電圧レベルの上限値のヒステリシス幅
Ｖｈ２： 充電電圧レベルの下限値のヒステリシス幅

Claims (10)

1. 負荷追従運転可能な交流発電装置と、
   前記交流発電装置の出力端と双方向型インバータを介して接続する蓄電池と、
   複数の制御モードの中から前記出力端に接続する負荷の負荷電力と前記蓄電池の充電量に応じて１つの制御モードを選択し、選択した前記制御モードに従って前記蓄電池の充放電を制御する充放電制御装置と、を備えてなることを特徴とする分散型発電システム。
2. 前記充放電制御装置は、前記蓄電池の充電量が所定の下限値より大きく所定の上限値より小さい場合で、且つ、
   前記負荷電力が第１閾値以下の場合は、前記制御モードとして充電モードを選択し、前記蓄電池が前記交流発電装置の負荷として動作するように、前記蓄電池を充電する制御を実行し、
   前記負荷電力が前記第１閾値より大きく第２閾値より小さい場合は、前記制御モードとして中間モードを選択し、前記交流発電装置の出力電力と前記負荷電力が等しい場合に、前記蓄電池を充放電しない制御を実行し、
   前記負荷電力が前記第２閾値以上の場合は、前記制御モードとして放電モードを選択し、前記蓄電池が前記交流発電装置と並列の電源装置として動作するように、前記蓄電池を放電する制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の分散型発電システム。
3. 前記充放電制御装置は、
   前記充電モードにおいて、前記交流発電装置の出力電力が前記負荷電力と前記蓄電池への充電電力の和に対して不足状態になったときは、その不足状態を解消するように、前記蓄電池の充電を制御し、
   前記中間モードにおいて、前記交流発電装置の出力電力と前記負荷電力が等しくない場合に、前記出力電力と前記負荷電力が等しくなるように、前記蓄電池を充放電する制御を実行し、
   前記放電モードにおいて、前記交流発電装置の出力電力と前記蓄電池からの放電電力の和が前記負荷電力に対して超過状態になったときは、その超過状態を解消するように、前記蓄電池の放電を制御することを特徴とする請求項２に記載の分散型発電システム。
4. 前記充放電制御装置が、前記充電モードと前記中間モード間のモード遷移の基準点である前記第１閾値、及び、前記放電モードと前記中間モード間のモード遷移の基準点である前記第２閾値に、夫々所定幅のヒステリシスを設け、前記制御モードを変化させることを特徴とする請求項２または３に記載の分散型発電システム。
5. 前記充放電制御装置は、一定周期で前記蓄電池の過去の一定期間の前記充電量の平均値を導出し、前記平均値が前記上限値より小さい所定の第１基準値より大きい満充電状態に近い場合は、前記第１閾値を下げる変更を行い、前記平均値が前記下限値より大きい所定の第２基準値より小さい放電状態に近い場合は、前記第１閾値を上げる変更を行うことを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の分散型発電システム。
6. 前記充放電制御装置は、
   前記蓄電池の充電量が前記上限値以上の場合は、前記制御モードとして充電末モードを選択し、前記蓄電池の充電を禁止し、前記交流発電装置の出力電力が前記負荷電力より小さい場合に、前記蓄電池を放電する制御を実行し、
   前記蓄電池の充電量が前記下限値以下の場合は、前記制御モードとして放電末モードを選択し、前記蓄電池の放電を禁止し、前記交流発電装置の出力電力が前記負荷電力より大きい場合に、前記蓄電池を充電する制御を実行することを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の分散型発電システム。
7. 前記充放電制御装置は、
   前記充電末モードと、前記充電モード、前記中間モード、及び、前記放電モードとの間のモード遷移の基準点である前記上限値、及び、前記放電末モードと、前記充電モード、前記中間モード、及び、前記放電モードとの間のモード遷移の基準点である前記下限値に、夫々所定幅のヒステリシスを設け、
   前記充電末モードへの遷移、前記充電末モードからの遷移、前記放電末モードへの遷移、及び、前記放電末モードからの遷移を制御することを特徴とする請求項６に記載の分散型発電システム。
8. 前記充放電制御装置は、タイマーモードとして、起動時刻、前記充電モードと前記中間モードと前記放電モードの中から選択される起動制御モード、及び、前記起動制御モードに対応した前記第１閾値と前記第２閾値の少なくとも一方の制御目標値の設定入力を受け付け、前記起動時刻が到来すると、所定の制御期間中、前記蓄電池の充電量が前記下限値より大きく前記上限値より小さい場合に、前記負荷電力の大小に関係なく、前記制御モードとして前記起動制御モードを優先的に設定して前記蓄電池の充放電を制御することを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載の分散型発電システム。
9. 前記第１閾値及び前記第２閾値は、前記充電量と時間の少なくとも何れか一方を変数とする関数で与えられることを特徴とする請求項２〜８の何れか１項に記載の分散型発電システム。
10. 前記充放電制御装置は、前記蓄電池の異常状態を検知した場合に、双方向型インバータの入出力または動作を停止することを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の分散型発電システム。

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