JP2007259580A

JP2007259580A - コージェネレーションシステム

Info

Publication number: JP2007259580A
Application number: JP2006080102A
Authority: JP
Inventors: Shin Iwata; 伸岩田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: JP4535392B2

Abstract

【課題】熱電併給装置の稼働発電待機時における待機電力を低減することができるコージェネレーションシステムを提供する。
【解決手段】熱電併給装置４と、商用電源８からの電力を電力負荷８に供給するための電力供給ライン１２と、熱電併給装置４からの発電電力を電力供給ライン１２に系統連系するためのインバータ１４と、電力を高精度で計測するための第１電力計測手段４４と、電力を低精度で計測するための第２電力計測手段４６と、を備える。熱電併給装置４の稼働発電待機時には、第２電力計測手段４６が作動する一方、第１電力計測手段４４が作動停止し、また熱電併給装置４の稼働発電時には、第１電力計測手段４４が作動する一方、第２電力計測手段４６が作動停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱電併給装置からの発電電力を電力負荷に供給するとともに、熱電併給装置の排熱を回収して温水として貯えるコージェネレーションシステムに関する。

近年、エネルギーを有効に利用してその効率を高めるために、電力及び熱を利用したコージェネレーションシステムが提案され実用に供されている。このコージェネレーションシステムは、電力及び熱を発生する熱電併給装置と、商用電源からの電力を電力負荷に供給するための電力供給ラインと、熱電併給装置からの発電電力を電力供給ラインに系統連系するためのインバータと、電力供給ラインにおける電力を計測するための電力計測手段と、を備えており、インバータ及び商用電源からの電力が電力供給ラインを介して電力負荷に供給される（例えば、特許文献１参照）。

熱電併給装置の発電が行われる稼働発電時には、電力計測手段は、電力負荷の負荷電力を計測するとともに、商用電源への逆潮流の発生を検知する。この電力計測手段により計測された負荷電力は熱電併給装置の運転制御に利用され、この負荷電力の計測結果に基づき、熱電併給装置の稼働運転のための予測負荷データが作成され、またこの逆潮流の発生の検知結果に基づき、逆潮流が発生しないように、熱電併給装置からインバータを介して電力供給ラインに供給される電力が制御される。また、熱電併給装置の発電が行われない稼働発電待機時には、逆潮流の発生の検知は行われず、負荷電力の計測のみが行われる。

特開２００４−４８８３８号公報

上述のような従来のコージェネレーションシステムでは、次のような問題がある。逆潮流の発生を検知する際の電力計測手段の計測精度は高いものが要求されるため、電力計測手段は、例えば演算処理能力の高いマイクロコンピュータなどから構成されており、このため電力計測手段の消費電力は比較的大きくなる。しかしながら、逆潮流の発生の検知が行われない熱電併給装置の稼働発電待機時には、負荷電力を計測する際の電力計測手段の計測精度は高いものは要求されず、かかる場合に電力計測手段が負荷電力を高精度で計測すると、電力計測手段の待機電力が大きくなり、コージェネレーションシステムのトータルでの省エネルギー効果が低下してしまうという問題がある。

本発明の目的は、熱電併給装置の稼働発電待機時における待機電力を低減することができるコージェネレーションシステムを提供することである。

本発明の請求項１に記載のコージェネレーションシステムは、電力及び熱を発生する熱電併給装置と、商用電源からの電力を電力負荷に供給するための電力供給ラインと、前記熱電併給装置からの発電電力を前記電力供給ラインに系統連系するためのインバータと、を備え、前記インバータ及び前記商用電源からの電力が前記電力供給ラインを介して前記電力負荷に供給されるコージェネレーションシステムであって、
前記電力供給ラインにおける電力を高精度で計測するための第１電力計測手段と、前記電力供給ラインにおける電力を低精度で計測するための第２電力計測手段と、を更に具備しており、
前記熱電併給装置の稼働発電待機時には、前記第２電力計測手段が作動する一方、前記第１電力計測手段が作動停止し、前記第２電力計測手段が前記電力供給ラインにおける電力を低精度で計測し、また前記熱電併給装置の稼働発電時には、前記第１電力計測手段が作動する一方、前記第２電力計測手段が作動停止し、前記第１電力計測手段が前記電力供給ラインにおける電力を高精度で計測することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載のコージェネレーションシステムでは、電力及び熱を発生する熱電併給装置と、商用電源からの電力を電力負荷に供給するための電力供給ラインと、前記熱電併給装置からの発電電力を前記電力供給ラインに系統連系するためのインバータと、を備え、前記インバータ及び前記商用電源からの電力が前記電力供給ラインを介して前記電力負荷に供給されるコージェネレーションシステムであって、
前記電力供給ラインにおける電力を高精度で計測するための第１電力計測手段と、前記電力供給ラインにおける電力を低精度で計測するための第２電力計測手段と、を更に具備しており、
前記熱電併給装置の稼働発電待機時には、前記第２電力計測手段が作動する一方、前記第１電力計測手段が作動停止し、前記第２電力計測手段が前記電力供給ラインにおける電力を低精度で計測し、また前記熱電併給装置の稼働発電時には、前記第１電力計測手段及び前記第２電力計測手段がそれぞれ作動し、前記第１電力計測手段が前記電力供給ラインにおける電力を高精度で計測し、前記第２電力計測手段が前記電力供給ラインにおける電力を低精度で計測することを特徴とする。

さらに、本発明の請求項３に記載のコージェネレーションシステムでは、前記第１電力計測手段は、前記電力供給ラインを流れる電流を検知するための電流検知手段と、前記電力供給ラインにおける電圧を検知するための電圧検知手段と、前記電圧検知手段の検知電圧と前記電流検知手段の検知電流とに基づき前記電力供給ラインにおける電力を演算するための第１電力演算手段と、から構成され、また前記第２電力計測手段は、前記電流検知手段と、前記電圧検知手段の検知電圧を記憶するための記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記電圧検知手段の検知電圧と前記電流検知手段の検知電流とに基づき前記電力供給ラインにおける電力を演算するための第２電力演算手段と、から構成されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載のコージェネレーションシステムでは、前記第１電力計測手段は、前記電力供給ラインを流れる電流を検知するための電流検知手段と、前記電力供給ラインにおける電圧を検知するための電圧検知手段と、前記電圧検知手段の検知電圧と前記電流検知手段の検知電流とに基づき前記電力供給ラインにおける電力を演算するための第１電力演算手段と、から構成され、また前記第２電力計測手段は、前記電流検知手段と、前記電力供給ラインにおける電圧を検知するための簡易電圧検知手段と、前記簡易電圧検知手段により検知された電圧と前記電流検知手段の検知電流とに基づき電力を演算するための第２電力演算手段と、から構成されていることを特徴とする。

さらに、本発明の請求項５に記載のコージェネレーションシステムでは、前記第２電力計測手段は、前記電圧検知手段の検知電圧を記憶するための記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記電圧検知手段の検知電圧に基づき、前記簡易電圧検知手段により検知された電圧を補正するための電圧補正手段と、を更に含んでいることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に記載のコージェネレーションシステムでは、前記熱電併給装置に関連して、前記熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯えるための熱回収貯湯装置と、前記熱回収貯湯装置に駆動電力を供給するための駆動電源装置と、が設けられており、前記第２電力計測手段には、前記駆動電源装置からの駆動電力の一部が供給されることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載のコージェネレーションシステムによれば、高い計測精度が要求されない熱電併給装置の稼働発電待機時には、電力を低精度で計測するための（すなわち、消費電力の比較的小さい）第２電力計測手段が作動する一方、電力を高精度で計測するための（すなわち、消費電力の比較的大きい）第１電力計測手段が作動停止するので、熱電併給装置の稼働発電待機時におけるコージェネレーションシステムの待機電力を低減させることができ、コージェネレーションシステム全体の稼働効率を高めることが可能となる。この稼働発電待機時には、電力負荷で消費される電力を計測するのみでよく、高精度な計測は必要とせず、第２電力計測手段による電力計測で十分な計測値を得ることができる。また、高い計測精度が要求される熱電併給装置の稼働発電時には、第１電力計測手段が作動する一方、第２電力計測手段が作動停止するので、第１電力計測手段により商用電源への逆潮流の発生などを高精度で検知することができ、コージェネレーションシステムの信頼性を高めることが可能となる。なお、このときには、電力負荷での消費電力は第１電力計測手段によって得るようになる。

また、本発明の請求項２に記載のコージェネレーションシステムによれば、高い計測精度が要求されない熱電併給装置の稼働発電待機時には、電力を低精度で計測するための第２電力計測手段が作動する一方、電力を高精度で計測するための第１電力計測手段が作動停止するので、熱電併給装置の稼働発電待機時におけるコージェネレーションシステムの待機電力を低減させることができ、コージェネレーションシステム全体の稼働効率を高めることが可能となる。また、高い計測精度が要求される熱電併給装置の稼働発電時には、第１及び第２電力計測手段がそれぞれ作動するので、第１電力計測手段により商用電源への逆潮流の発生などを高精度で検知することができ、コージェネレーションシステムの信頼性を高めることが可能となる。なお、このときには、第１電力計測手段による計測値は逆潮流の判定などに用いられ、電力負荷での消費電力は第２電力計測手段により得られる。

さらに、本発明の請求項３に記載のコージェネレーションシステムによれば、第２電力計測手段は、電流検知手段と、電圧検知手段の検知電圧を記憶するための記憶手段と、記憶手段に記憶された検知電圧と電流検知手段の検知電流とに基づき電力を演算するための第２電力演算手段と、から構成されているので、第２電力計測手段は、第１電力計測手段が電力を計測した際の電圧検知手段の検知電圧を利用して電力を計測し、これにより第２電力計測手段の構成が比較的簡単なものとなってその消費電力を小さくすることができ、熱電併給装置の稼働発電待機時におけるコージェネレーションシステムの待機電力をより低減させることができる。

また、本発明の請求項４に記載のコージェネレーションシステムによれば、第２電力計測手段は、電流検知手段と、電力供給ラインにおける電圧を検知するための簡易電圧検知手段と、この検知された電圧と電流検知手段の検知電流とに基づき電力を演算するための第２電力演算手段と、から構成されているので、第２電力計測手段は、比較的簡単な方法で検知された電圧を利用して電力を計測することができ、これにより第２電力計測手段の構成が比較的簡単なものとなってその消費電力を小さくすることができ、熱電併給装置の稼働発電待機時におけるコージェネレーションシステムの待機電力をより低減させることができる。

さらに、本発明の請求項５に記載のコージェネレーションシステムによれば、第２電力計測手段は、電圧検知手段の検知電圧を記憶するための記憶手段と、記憶手段に記憶された検知電圧に基づき、簡易電圧検知手段により検知された電圧を補正するための電圧補正手段と、を更に含んでいるので、第２電力計測手段による電力の計測値と第１電力演算手段による電力の計測値との誤差を補正することができ、これにより、第２電力計測手段による電力の計測精度を高めることができる。

また、本発明の請求項６に記載のコージェネレーションシステムによれば、第２電力計測手段には、熱回収貯湯装置に駆動電力を供給するための駆動電源装置からの駆動電力の一部が供給されるので、第２電力計測手段はこの駆動電力によって駆動され、これにより駆動電源装置からの駆動電力を有効に利用することができ、コージェネレーションシステムの稼働効率を高めることが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明に従うコージェネレーションシステムの各種実施形態について説明する。
第１の実施形態
まず、図１〜図３を参照して、第１の実施形態のコージェネレーションシステムについて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態によるコージェネレーションシステムを簡略的に示すブロック図であり、図２は、図１のコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図であり、図３は、図１のコージェネレーションシステムの制御の流れを示すフローチャートである。

図１において、第１の実施形態のコージェネレーションシステム２は、電力及び熱を発生する熱電併給装置４と、熱電併給装置４から発生する熱を回収して温水として貯えるための熱回収貯湯装置６と、商用電源８からの電力を電力負荷１０に供給するための電力供給ライン１２と、熱電併給装置４からの発電電力を電力供給ライン１２に系統連系するためのインバータ１４と、を備えている。

熱電併給装置４は、例えばガスエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジン１６と、このエンジン１６によって駆動される発電装置１８との組合せから構成されており、この熱電併給装置４から電力及び熱が発生される。発電装置１８はエンジン１６の出力軸２０に駆動連結されており、エンジン１６が駆動すると、エンジン１６からの回転駆動力が出力軸２０を介して発電装置１８に駆動伝達され、これにより発電装置１８が作動して発電電力が発生する。エンジン１６には、エンジン１６に送給される燃料の送給量を制御するための燃料供給バルブ２２が設けられており、燃料供給バルブ２２の開度が出力上昇方向（開く方向）に調節されると発電装置１８の発電電力が上昇し、また燃料供給バルブ２２の開度が出力低下方向（閉じる方向）に調節されると発電装置１８の発電電力が低下する。

熱電併給装置４は更に、エンジン１６からの冷却水を循環するための冷却水循環流路２４を含んでおり、この冷却水循環流路２４には冷却水循環ポンプ２６が配設され、冷却水循環ポンプ２６の作用によって、冷却水が冷却水循環流路２４を通して循環される。

熱回収貯湯装置６は、温水を貯えるための貯湯タンク２８と、貯湯タンク２８の水（又は温水）を循環するための循環流路３０と、循環流路３０に配設された循環ポンプ３２と、を含み、循環ポンプ３２の作用によって、貯湯タンク２８に貯えられた水（又は温水）が循環流路３０を通して循環される。熱電併給装置４の冷却水循環流路２４と熱回収貯湯装置６の循環流路３０との間には熱交換器３４が配設されており、この熱交換器３４において、冷却水循環流路２４を流れる冷却水と循環流路３０を流れる水（又は温水）との間で熱交換が行われる。このように熱交換が行われると、エンジン１６からの排熱が冷却水循環流路２４を流れる冷却水及び循環流路３０を流れる水（又は温水）を介して温水として貯湯タンク２８に貯えられる。

貯湯タンク２８には、水を供給するための給水ライン３６が接続されている。給水ライン３６の一端部は貯湯タンク２８に接続され、またその他端部は例えば水道管などの水供給源（図示せず）に接続される。この給水ライン３６には減圧逆止弁３８が配設されており、この減圧逆止弁３８によって貯湯タンク２８から給水ライン３６側に温水が逆流するのが防止される。この貯湯タンク２８には更に、温水を供給するための給湯ライン４０が接続されている。給湯ライン４０の一端部は貯湯タンク２８に接続され、またその他端部は１個又は複数個のカラン（図示せず）に接続されており、このカランを開栓すると、貯湯タンク２８内の温水が給湯ライン４０を通して出湯される。

また、熱回収貯湯装置６に関連して駆動電源装置（図示せず）が設けられており、この駆動電源装置からの駆動電力が循環ポンプ３２などに供給され、この駆動電力により循環ポンプ３２などが駆動される。

インバータ１４の入力側には熱電併給装置４の発電装置１８が電気的に接続され、またその出力側には電力供給ライン１２を介して電力負荷１０が電気的に接続されている。このインバータ１４は、熱電併給装置４の発電装置１８からの発電電力を所定の交流電力（商用電源８からの交流電力と同様の交流電力であって、例えば１００Ｖ，６０Ｈｚの単相交流電力）に変換する。また、インバータ１４からの交流電力は電力供給ライン１２と系統連系されており、これにより商用電源８及びインバータ１４からの交流電力はそれぞれ電力負荷１０に送給され、これら交流電力が電力負荷１０において消費される。電力負荷１０は、例えば一般家庭や工場などに設置された空調装置、各種機械装置又は照明装置などから構成される。

図２をも参照して、このコージェネレーションシステム２は更に、熱電併給装置４の発電電力を検知するための発電電力検知手段４２と、電力供給ライン１２における電力（すなわち、電力負荷１０の負荷電力）を高精度で計測するための第１電力計測手段４４と、電力供給ライン１２における電力を低精度で計測するための第２電力計測手段４６と、熱電併給装置４並びに第１及び第２電力計測手段４４，４６などをそれぞれ制御するための制御手段４８と、を備えている。発電電力検知手段４２は例えば電力計などから構成され、例えば熱電併給装置４が運転している間に渡って発電電力の検知を行う。

第１電力計測手段４４は、電力供給ライン１２を流れる電流を検知するための電流検知手段５０と、電力供給ライン１２における電圧を検知するための電圧検知手段５２と、電流検知手段５０の検知電流と電圧検知手段５２の検知電圧とに基づき電力供給ライン１２における電力を演算するための第１電力演算手段５４と、から構成されており、電力供給ライン１２における電力を高精度で計測する。この第１電力計測手段４４により計測される電力は、電力負荷１０の負荷電力データ、商用電源８への逆潮流の発生の判定に用いられる。第１電力演算手段５４は、例えば演算処理能力の高いマイクロコンピュータなどから構成されており、この第１電力演算手段５４による電力の演算は、例えば次のようにして行われる。電圧検知手段５２の検知電圧をｖ（ｔ）とし、電流検知手段５０の検知電流をｉ（ｔ）とすると、第１電力演算手段５４は、これら検知電圧ｖ（ｔ）と検知電流ｉ（ｔ）との積を所要の通りに積分することにより電力Ｗを演算する。すなわち、電力供給ライン１２における電力Ｗは、下記の数式（１）を用いて演算され、この数式（１）を用いた電力Ｗの演算は計測精度の高いものとなり、それ故に、第１電力計測手段４４の消費電力は比較的大きくなる。

なお、この数式（１）において、Ｔは電力供給ライン１２における検知電圧の電圧波形（正弦波形）の周期である。また、この第１電力計測手段４４には、インバータ１４からの電力の一部が電力供給ライン１２を介して供給され、発電装置１８の発電電力を利用して第１電力計測手段４４が駆動される。

第２電力計測手段４６は、上述した電流検知手段５０と、電圧検知手段５２の検知電圧を記憶するための記憶手段５６と、電流検知手段５０の検知電流と記憶手段５６に記憶された電圧検知手段５２の検知電圧とに基づき電力供給ライン１２における電力を演算するための第２電力演算手段５８と、から構成されており、電力供給ライン１２における電力を計測することによって、電力負荷１０の負荷電力の計測を低精度で行う。第２電力演算手段５８は、例えば演算処理能力の低いマイクロコンピュータなどから構成されており、この第２電力演算手段５８による電力の演算は、例えば次のようにして行われる。記憶手段５６に記憶された電圧検知手段５２の検知電圧をｖ_ｍ（ｔ）とし、電流検知手段５０の検知電流をｉ（ｔ）とすると、第２電力演算手段５８は、検知電圧ｖ_ｍ（ｔ）と検知電流ｉ（ｔ）との積を所要の通りに積分する、すなわち、上記の数式（１）において、ｖ（ｔ）をｖ_ｍ（ｔ）に置き換えて演算することにより電力を演算する。このように、第２電力演算手段５８は、電圧検知手段５２の検知電圧を利用して電力の演算を行うので、第２電力計測手段４６の構成が比較的簡単なものとなり、このためその消費電力は比較的小さくなる。また、この第２電力計測手段４６には、駆動電源装置からの駆動電力の一部が供給され、この駆動電力によって第２電力計測手段４６が駆動される。なお、第１電力計測手段４４の電流検知手段５０と第２電力計測手段４６の電流検知手段５０を共通のものを用いているが、別個のものを用いるようにしてもよい。

制御手段４８は、例えばマイクロコンピュータなどから構成され、メモリ６０、データ演算手段６２、制御信号生成手段６４、逆潮流判定手段６６、切替信号生成手段７０及び通信手段７２を含んでいる。

メモリ６０には、第１及び第２電力計測手段４４，４６により計測された電力負荷１０が過去負荷データとして記憶される。データ演算手段６２は、熱電併給装置４の稼働運転スケジュールを設定するために、メモリ６０に記憶された過去負荷データを所要の通りに処理して運転当日の予測負荷データを演算し、後述するようにして、この演算された予測負荷データに基づき熱電併給装置４が運転制御される。また、この演算された予測負荷データはメモリ６０に記憶される。

制御信号生成手段６４は、メモリ６０に記憶された予測負荷データに基づき、負荷電力が低下するときには電力低下信号を生成し、また負荷電力が上昇するときには電力上昇信号を生成する。制御手段４８は、電力低下信号が生成されると、燃料供給バルブ２２の開度を出力低下方向に調節して熱電併給装置４の発電電力を低下させ、また電力上昇信号が生成されると、燃料供給バルブ２２の開度を出力上昇方向に調節して熱電併給装置４の発電電力を上昇させ、これによって、電力負荷１０の負荷電力の変動パターン（例えば、家庭等の生活パターンなど）にマッチして熱電併給装置４が運転制御される。

逆潮流判定手段６６は、第１電力計測手段４４が商用電源８への逆潮流を検知すると逆潮流判定信号を生成する。このように逆潮流判定信号が生成されると、制御信号生成手段６４が電力低下信号を生成し、制御手段４８はこの電力低下信号に基づき、燃料供給バルブ２２の開度を出力低下方向に調節して熱電併給装置４の発電電力を低下させ、これにより逆潮流の発生が防止される。

切替信号生成手段７０は、発電電力検知手段４２からの検知信号に基づき、熱電併給装置４の発電が行われない稼働発電待機状態には第１切替信号を生成し、また熱電併給装置４の発電が行われる稼働発電状態には第２切替信号を生成する。第１切替信号が生成されると、インバータ１４から第１電力計測手段４４への電力の供給が停止されることにより第１電力計測手段４４が作動停止され、また駆動電源装置からの駆動電力が第２電力計測手段４６に供給されることにより第２電力計測手段４６が作動される。また、第２切替信号が生成されると、インバータ１４からの電力が第１電力計測手段４４へ供給されることにより第１電力計測手段４４が作動され、また駆動電源装置から第２電力計測手段４６への駆動電力の供給が停止されることにより第２電力計測手段４６が作動停止される。

通信手段７２は、制御手段４８と第１及び第２電力計測手段４４，４６との間で各種データなどを送受信するためのものであり、例えば、第１及び第２電力計測手段４４，４６からの負荷電力データなどがこの通信手段７２によって制御手段４８に受信され、また、切替信号生成手段７０からの第１及び第２切替信号などがこの通信手段７２によって第１及び第２電力計測手段４４，４６にそれぞれ送信される。このように制御することによって、第２電力計測手段４６は、熱電併給装置４の電気系統とは別個の電気系統で作動される。

次に、図３を参照して、このコージェネレーションシステム２の制御の流れを説明すると次の通りである。コージェネレーションシステム２の運転が開始されると、ステップＳ１からステップＳ２に進み、切替信号生成手段７０は第１切替信号を生成し（ステップＳ２）、この第１切替信号に基づき第２電力計測手段４６が作動する（ステップＳ３）。かくすると、第２電力計測手段４６は、電流検知手段５０の検知電流と、記憶手段５６に記憶された電圧検知手段５２の検知電圧（前回の稼働運転のときに記憶される）とに基づいて電力の演算を行い、このようにして電力負荷１０の負荷電力の計測が行われ（ステップＳ４）、計測された負荷電力は過去負荷データとしてメモリ６０に記憶される。この負荷電力の計測は、熱電併給装置４が稼働運転されるまで行われる。

熱電併給装置４の運転が開始されると、ステップＳ５からステップＳ６に進み、エンジン１６により発電装置１８が駆動され、発電装置１８にて発生した発電電力はインバータ１４に送給され、このインバータ１４にて所定の交流電力に変換された後に、商用電源８からの交流電力とともに電力供給ライン１２を介して電力負荷１０に供給され、電力負荷１０にて消費される。

熱電併給装置４が稼働すると、切替信号生成手段７０は第２切替信号を生成し（ステップＳ６）、この第２切替信号に基づき、第１電力計測手段４４が作動する一方、第２電力計測手段４６が作動停止する（ステップＳ７）。かくすると、第１電力演算手段５４は、電流検知手段５０の検知電流と電圧検知手段５２の検知電圧とに基づき、電力供給ライン１２における電力を上述のようにして演算する。これによって第１電力計測手段４４は、電力負荷１０の負荷電力を計測し、また制御手段４８の逆潮流判定手段６６は、この計測電力を用いて商用電源８への逆潮流の発生を判定する（ステップＳ８）。第１電力計測手段４４により計測された電力負荷１０の負荷電力は、過去負荷データとして制御手段４８のメモリ６０に記憶され、また電圧検知手段５２の検知電圧は第２電力計測手段４６の記憶手段５６に記憶される。

この熱電併給装置４の稼働運転中において、熱電併給装置４からの発電電力が電力負荷１０の負荷電力よりも大きくなると、発生した余剰電力が商用電源８へ逆潮流されるが、このように逆潮流が発生しそうになると、ステップＳ９からステップＳ１０に進み、逆潮流判定手段６６は逆潮流が発生したと判定し、逆潮流判定信号を生成する。かくすると、この逆潮流判定信号に基づき、制御信号生成手段６４は電圧低下信号を生成し（ステップＳ１１）、制御手段４８は、熱電併給装置４の発電電力を電力負荷１０の負荷電力よりも低下させ（ステップＳ１２）、これにより逆潮流の発生が防止される。このように第１電力計測手段４４が電力負荷１０の負荷電力を高精度に検知することにより、商用電源８への逆潮流の発生が検知されるので、逆潮流の発生を確実に判定することができる。

このような熱電併給装置４の稼働運転が停止すると、ステップＳ１３からステップＳ１４に進み、切替信号生成手段７０は第１切替信号を生成し、この第１切替信号に基づき、第２電力計測手段４６が作動する一方、第１電力計測手段４４が作動停止する（ステップＳ１５）。かくすると、上述したのと同様に、第２電力演算手段４６は、電流検知手段５０の検知電流と、記憶手段５６に記憶された電圧検知手段５２の検知電圧とに基づき上述のようにして電力を演算し、このようにして、第２電力計測手段４６は電力負荷１０の負荷電力を計測する（ステップＳ１６）。この計測された負荷電力は、過去負荷データとしてメモリ６０に記憶され、このような電力負荷の計測は、熱電併給装置４の稼働発電待機中に渡って行われる。

その後、熱電併給装置４が稼働すると、ステップＳ１７からステップＳ６に戻り、上述した制御が行われる。以上のように、この第１の実施形態のコージェネレーションシステム２では、熱電併給装置４の稼働発電待機時には、消費電力の比較的小さい第２電力計測手段４６が作動される一方、消費電力の比較的大きい第１電力計測手段４４が作動停止されるので、この稼働発電待機時においてコージェネレーションシステム２の待機電力を低減させることができ、その稼働効率を高めることが可能となる。

第２の実施形態
次に、図４を参照して、第２の実施形態のコージェネレーションシステムについて説明する。図４は、本発明の第２の実施形態によるコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図である。なお、以下の実施形態において、第１の実施形態と実質上同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施形態のコージェネレーションシステム２Ａでは、第２電力計測手段４６Ａは、電流検知手段５０、ゼロクロス検知手段７４、電圧演算手段７６及び第２電力演算手段５８Ａから構成されている。本実施形態において、ゼロクロス検知手段７４及び電圧演算手段７６は、電力供給ライン（図示せず）における電圧を簡易的に検知するための簡易電圧検知手段を構成する。この第２の実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、電流検知手段５０は第１及び第２電力計測手段４４，４６Ａに共通に用いられているが、２つの電流検知手段５０を別個に用いるようにしてもよい。

ゼロクロス検知手段７４は、電力供給ラインにおける電圧波形（正弦波形）のゼロクロスを検知し、この検知ゼロクロスから電圧波形の周期Ｔを算出する。電圧演算手段７６は、電力供給ライン（図示せず）における電圧波形を整流・平滑するための整流平滑回路（図示せず）を含んでおり、この整流平滑回路により電力供給ラインにおける電圧波形を整流・平滑することにより得られる電圧定数Ｖ_ｃ（例えば１００Ｖ）と、ゼロクロス検知手段７４により算出された周期Ｔとに基づき、電力供給ラインにおける電圧Ｖ_ｏを演算する。すなわち、電力供給ラインにおける電圧Ｖ_ｏは、下記の数式（２）を用いて演算される。

第２電力演算手段５８Ａは、このようにして演算された電圧Ｖ_ｏと電流検知手段５０の検知電流ｉ（ｔ）とに基づき、電力供給ラインにおける電力を演算する。すなわち、電力供給ラインにおける電力Ｗは、下記の数式（３）を用いて演算される。

このように第２電力演算手段５８Ａは、電圧演算手段７６により比較的簡単な方法で演算された電圧を用いて電力供給ラインにおける電力を演算するので、第２電力計測手段４６Ａの構成が比較的簡単なものになり、それ故に、第２電力計測手段４６Ａの消費電力は比較的小さくなる。

この第２の実施形態のコージェネレーションシステム２Ａでは、熱電併給装置（図示せず）の運転が開始されると、切替信号生成手段７０により第２切替信号が生成され、この第２切替信号に基づき、第１電力計測手段４４及び第２電力計測手段４６Ａがそれぞれ作動する。第１電力計測手段４４は、商用電源（図示せず）への逆潮流の発生の判定に用いられる負荷電力を高精度で計測し、また第２電力計測手段４６Ａは、運転スケジュールの設定に用いられる負荷電力を低精度で上述のようにして計測する。第２電力計測手段４６Ａにより計測された負荷電力は、過去負荷データとしてメモリ６０に記憶される。

また、熱電併給装置の運転が停止されると、切替信号生成手段７０により第１切替信号が生成され、この第１切替信号に基づき、第２電力計測手段４６Ａが作動する一方、第１電力計測手段４４が作動停止し、第２電力計測手段４６Ａは、上述した負荷電力の計測を継続して行う。したがって、熱電併給装置の稼働発電待機時には、電力負荷１０の負荷電力の計測が消費電力の比較的小さい第２電力計測手段４６Ａにより行われるので、上記第１の実施形態と同様の作用効果が達成される。

なお、本実施形態においては、電圧演算手段７６は、電力供給ラインにおける電圧波形を整流・平滑することにより得られる電圧定数Ｖ_ｃを用いて電圧を演算するように構成したが、このように電圧波形を整流・平滑することなく、例えば、１００Ｖ系の商用電源においてはＶ_ｃ＝１００（Ｖ）とし、また２００Ｖ系の商用電源においてはＶ_ｃ＝２００（Ｖ）としてもよい。

また、本実施形態においては、簡易電圧検知手段をゼロクロス検知手段７４及び電圧演算手段７６から構成したが、かかる構成は一例であり、この簡易電圧検知手段は、電力供給ラインにおける電圧を簡易的に検知する適宜の構成とすることができる。

第３の実施形態
次に、図５を参照して、第３の実施形態のコージェネレーションシステムについて説明する。図５は、本発明の第３の実施形態によるコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図である。

第３の実施形態のコージェネレーションシステム２Ｂでは、第２電力計測手段４６Ｂは、上記第２の実施形態の第２電力計測手段４６Ａの構成に加えて、記憶手段７８及び電圧補正手段８０を更に含んでいる。記憶手段７８には、第１電力計測手段４４の電圧検知手段５２の検知電圧が記憶される。電圧補正手段８０は、記憶手段７８に記憶された電圧検知手段５２の検知電圧に基づき、電圧演算手段７６により上述のようにして演算された電圧を例えば次のようにして補正する。電圧補正手段８０は、電圧演算手段７６によって演算された電圧Ｖ_ｏと記憶手段７８に記憶された電圧検知手段５２の検知電圧ｖ（ｔ）との誤差を補正し、第２電力演算手段５８Ａは、この補正された電圧Ｖ_ｏ’と電流検知手段５０の検知電流ｉ（ｔ）とに基づき、上記の数式（３）を用いて電圧Ｖ_ｏを補正電圧Ｖ_ｏ’に置き換えて電力を演算する。

この第３の実施形態のコージェネレーションシステム２Ｂでは、第２の実施形態と同様に、熱電併給装置（図示せず）の運転が開始されると、切替信号生成手段７０により第２切替信号が生成され、この第２切替信号に基づき、第１電力計測手段４４及び第２電力計測手段４６Ｂがそれぞれ作動する。第１電力計測手段４４は、商用電源（図示せず）への逆潮流の発生の判定に用いる電力負荷を高精度で計測し、また第２電力計測手段４６Ｂは、運転スケジュールの設定に用いる負荷電力を低精度で計測する。このとき、第１電力計測手段４４の電圧検知手段５２の検知電圧は、第２電力計測手段４６Ｂの記憶手段７８に記憶され、また第２電力計測手段４６Ｂにより計測された負荷電力は、過去負荷データとしてメモリ６０に記憶される。

また、熱電併給装置の運転が停止されると、切替信号生成手段７０により第１切替信号が生成され、この第１切替信号に基づき、第２電力計測手段４６Ｂが作動する一方、第１電力計測手段４４が作動停止し、第２電力計測手段４６Ｂは上述した負荷電力の計測を継続して行う。この第２電力計測手段４６Ｂによる電力計測においては、電圧補正手段８０は、記憶手段７８に記憶された電圧検知手段５２の検知電圧に基づき、電圧演算手段７６により演算された電圧を上述のようにして補正し、第２電力計測手段４６Ｂは、この補正された電圧を用いて第２の実施形態と同様にして電力負荷の負荷電力を計測する。

この第３の実施形態のコージェネレーションシステム２Ｂにおいても、熱電併給装置の稼働発電待機時に第２電力計測手段４６Ｂにより低精度で負荷電力を計測するので、上記各実施形態と同様の作用効果が達成されるとともに、電圧演算手段７６により演算された電圧を補正することにより、第２電力計測手段４６Ｂによる電力の計測精度を高めることができ、信頼性の高いコージェネレーションシステム２Ｂを提供することが可能となる。

以上、本発明に従う種々のコージェネレーションシステムの実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

例えば、上記各実施形態では、熱電併給装置４をエンジン１６及び発電装置１８の組合わせから構成したが、これに代えて、熱電併給装置４を例えば燃料電池から構成してもよい。

また例えば、上記各実施形態では、第２電力計測手段４６Ａ（４６Ｂ）は、電圧波形のゼロクロスに基づき演算した電圧を用いて比較的簡単な方法で電力を計測したが、このような計測方法に代えて、例えば、電力供給ライン１２を流れる電流の電流波形のゼロクロスに基づき演算した電流を用いて比較的簡単な方法で電力を計測するようにしてもよい。

また例えば、上記各実施形態では、制御手段４８（４８Ａ）（４８Ｂ）は、エンジン１６の燃料供給バルブ２２の開度を調節することによって熱電併給装置４の発電電力を制御するように構成したが、このような発電電力の制御とともに、インバータ１４の出力を制御することによって、熱電併給装置４から電力負荷１０に供給される電力を制御するように構成してもよい。なお、この場合、インバータ１４からの余剰電力は、例えば熱回収貯湯装置６に温水として貯められるように構成することができる。

また例えば、上記各実施形態では、第１電力計測手段４４は、商用電源８への逆潮流の発生の判定に用いる負荷電力を計測しているが、例えば、この逆潮流の判定のための負荷電力の計測とともに、電力負荷１０における過電流の発生の検知を行うようにしてもよい。

また例えば、上記第２及び第３の実施形態では、熱電併給装置４の稼働発電時において、第１電力計測手段４４及び第２電力計測手段４６Ａ（４６Ｂ）がそれぞれ作動されるように構成したが、上記第１の実施形態と同様に、第１電力計測手段４４が作動する一方、第２電力計測手段４６Ａ（４６Ｂ）が作動停止するように構成してもよい。また、上記第１の実施形態では、熱電併給装置４の稼働発電時において、第１電力計測手段４４が作動する一方、第２電力計測手段４６が作動するように構成したが、上記第２及び第３の実施形態と同様に、第１電力計測手段４４及び第２電力計測手段４６がそれぞれ作動されるように構成してもよい。

また例えば、上述した実施形態では、第１電力計測手段４４により計測した負荷電力を用いて制御手段４８（４８Ａ）（４８Ｂ）側の逆潮流判定手段６６により逆潮流を判定しているが、この逆潮流判定手段６６を第１電力計測手段４４に含め、この第１電力計測手段４４にて逆潮流の発生を判定するようにしてもよい。

また例えば、上記各実施形態では、第２電力計測手段４６（４６Ａ）（４６Ｂ）は、駆動電源装置からの駆動電力により駆動されるように構成したが、第１電力計測手段４４と同様に、インバータ１４からの電力により駆動されるように構成してもよい。

本発明の第１の実施形態によるコージェネレーションシステムを簡略的に示すブロック図である。図１のコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図である。図１のコージェネレーションシステムの制御の流れを示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態によるコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図である。本発明の第３の実施形態によるコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図である。

符号の説明

２，２Ａ，２Ｂコージェネレーションシステム
４熱電併給装置
８商用電源
１０電力負荷
１２電力供給ライン
１４インバータ
４４第１電力計測手段
４６，４６Ａ，４６Ｂ第２電力計測手段
５０電流検知手段
５２電圧検知手段
５４第１電力演算手段
５６記憶手段
５８，５８Ａ第２電力演算手段
７４ゼロクロス検知手段
７６電圧演算手段
７８記憶手段
８０電圧補正手段

Claims

電力及び熱を発生する熱電併給装置と、商用電源からの電力を電力負荷に供給するための電力供給ラインと、前記熱電併給装置からの発電電力を前記電力供給ラインに系統連系するためのインバータと、を備え、前記インバータ及び前記商用電源からの電力が前記電力供給ラインを介して前記電力負荷に供給されるコージェネレーションシステムであって、
前記電力供給ラインにおける電力を高精度で計測するための第１電力計測手段と、前記電力供給ラインにおける電力を低精度で計測するための第２電力計測手段と、を更に具備しており、
前記熱電併給装置の稼働発電待機時には、前記第２電力計測手段が作動する一方、前記第１電力計測手段が作動停止し、前記第２電力計測手段が前記電力供給ラインにおける電力を低精度で計測し、また前記熱電併給装置の稼働発電時には、前記第１電力計測手段が作動する一方、前記第２電力計測手段が作動停止し、前記第１電力計測手段が前記電力供給ラインにおける電力を高精度で計測することを特徴とするコージェネレーションシステム。
電力及び熱を発生する熱電併給装置と、商用電源からの電力を電力負荷に供給するための電力供給ラインと、前記熱電併給装置からの発電電力を前記電力供給ラインに系統連系するためのインバータと、を備え、前記インバータ及び前記商用電源からの電力が前記電力供給ラインを介して前記電力負荷に供給されるコージェネレーションシステムであって、
前記電力供給ラインにおける電力を高精度で計測するための第１電力計測手段と、前記電力供給ラインにおける電力を低精度で計測するための第２電力計測手段と、を更に具備しており、
前記熱電併給装置の稼働発電待機時には、前記第２電力計測手段が作動する一方、前記第１電力計測手段が作動停止し、前記第２電力計測手段が前記電力供給ラインにおける電力を低精度で計測し、また前記熱電併給装置の稼働発電時には、前記第１電力計測手段及び前記第２電力計測手段がそれぞれ作動し、前記第１電力計測手段が前記電力供給ラインにおける電力を高精度で計測し、前記第２電力計測手段が前記電力供給ラインにおける電力を低精度で計測することを特徴とするコージェネレーションシステム。
前記第１電力計測手段は、前記電力供給ラインを流れる電流を検知するための電流検知手段と、前記電力供給ラインにおける電圧を検知するための電圧検知手段と、前記電圧検知手段の検知電圧と前記電流検知手段の検知電流とに基づき前記電力供給ラインにおける電力を演算するための第１電力演算手段と、から構成され、また前記第２電力計測手段は、前記電流検知手段と、前記電圧検知手段の検知電圧を記憶するための記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記電圧検知手段の検知電圧と前記電流検知手段の検知電流とに基づき前記電力供給ラインにおける電力を演算するための第２電力演算手段と、から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
前記第１電力計測手段は、前記電力供給ラインを流れる電流を検知するための電流検知手段と、前記電力供給ラインにおける電圧を検知するための電圧検知手段と、前記電圧検知手段の検知電圧と前記電流検知手段の検知電流とに基づき前記電力供給ラインにおける電力を演算するための第１電力演算手段と、から構成され、また前記第２電力計測手段は、前記電流検知手段と、前記電力供給ラインにおける電圧を検知するための簡易電圧検知手段と、前記簡易電圧検知手段により検知された電圧と前記電流検知手段の検知電流とに基づき電力を演算するための第２電力演算手段と、から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
前記第２電力計測手段は、前記電圧検知手段の検知電圧を記憶するための記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記電圧検知手段の検知電圧に基づき、前記簡易電圧検知手段により検知された電圧を補正するための電圧補正手段と、を更に含んでいることを特徴とする請求項４に記載のコージェネレーションシステム。
前記熱電併給装置に関連して、前記熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯えるための熱回収貯湯装置と、前記熱回収貯湯装置に駆動電力を供給するための駆動電源装置と、が設けられており、前記第２電力計測手段には、前記駆動電源装置からの駆動電力の一部が供給されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。