JP2013176282A - 発電設備及び電力貯蔵装置を備えた発電システム及びその制御方法並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】停電時であっても発電装置の発電電力を蓄電すること。
【解決手段】発電装置１０によって発電された直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を電力系統１５側に出力する第１ＰＣＳ２１ａと太陽光発電装置１０とを具備する発電設備２と、第１ＰＣＳ２１ａと電力系統１５との間に接続され、電力を貯蔵する蓄電装置２０に蓄電された直流電力を交流電力に変換して上流側に出力し、取得した交流電力を直流電力に変換して蓄電装置２０に蓄電させ、自立運転する第２ＰＣＳ２１ｂと、負荷設備１１と、第２ＰＣＳ２１ｂと電力系統１５との間に設けられ、発電装置１０と電力系統１５との接続及び非接続が切り替えられる第１切替部２３と、停電が発生した場合に、第１切替部２３を非接続状態にして発電装置１０と電力系統１５とを切り離し、第２ＰＣＳ２１ｂを自立運転させる制御手段２２とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、災害発生による系統遮断時に用いて好適な発電設備及び電力貯蔵装置を備えた発電システム及びその制御方法並びにプログラムに関するものである。

太陽光発電システムや風力発電システム等の発電システムでは、一般的に、系統連系運転方式と自立運転方式との２つの運転方式がある。系統連系運転方式は、発電装置により発電した直流電力を交流電力に変換し、電力会社等の電力系統に接続し、負荷系統に供給する電力に余剰が生じた場合に、電力会社等の電力系統へ電力を供給する運転方式である。自立運転方式は、電力系統から解列し、蓄電装置が蓄電している直流電力や発電装置により発電した直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する運転方式であり、パワーコンディショナに連結される負荷（例えば、テレビ、冷蔵庫等の家電機器等）に対して安定した電力供給を行う運転方式である。

また、パワーコンディショナは、電力系統及び負荷系統に対して安定した電力供給を行うための装置であり、発電装置と電力系統との間に設置され、一般的に、直流電力を交流電力に変換するインバータ、インバータを制御する制御装置、及びパワーコンディショナ内に過電流が流れる等の異常が発生した場合に、インバータ等の各部の運転を停止させる保護装置等から構成される。
下記特許文献１では、負荷と発電装置との間に双方向コンバータを設け、電力系統の正常時には、双方向コンバータと発電装置との間に接続された蓄電池を浮動充電させて満充電状態にしておき、電力系統側が停電した場合には、発電装置の出力及び蓄電池の充電電源によって負荷に電力供給する技術が提案されている。

また、下記特許文献２には、二次電池と電力変換機とを有し、電源系統と連系する蓄電設備が、発電機によって対応できない比較的時間の短い瞬時的な電圧や周波数の変動に対して安定化を図り、長期的な変動に対しては応答感度を落として二次電池の充放電を抑えることにより、二次電池の過充電と過放電を防止する技術が提案されている。

特許第３８２０７５７号公報 特願２０１２−１４３０１８号公報

しかしながら、上記特許文献１の方法では、災害等によって停電が長期化し、蓄電池が放電して蓄電残量がなくなると、停電が復帰するまで蓄電池の充電をすることができないので、負荷に対して電力供給ができなくなるという問題があった。また、従来の方法では、蓄電装置に蓄電できるのは、発電システムが電力系統側と接続されている場合であり、停電が発生した場合には、蓄電できないという問題があった。また、上記特許文献２の方法では、瞬時的な変動に対処することしかできないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、停電時であっても発電装置の発電電力を蓄電できる発電システム及びその制御方法並びにプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、電力系統と連系して負荷設備へ電力供給する発電システムであって、発電設備と電力貯蔵装置と負荷設備と第１切替手段と制御手段とを備え、前記発電設備は、直流電力を交流電力に変換し、変換後の該交流電力を前記電力系統側に出力する第１パワーコンディショナと、自然エネルギーを利用、または、燃料を使用する発電装置とを有し、前記電力貯蔵装置は、前記第１パワーコンディショナと前記電力系統との間に接続され、電力を貯蔵する蓄電装置に蓄電された直流電力を交流電力に変換して前記電力系統への上流側に出力し、また、取得した交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に蓄電し、前記電力系統から切り離される場合に自立運転する第２パワーコンディショナを備え、前記負荷設備は、前記第１パワーコンディショナと前記第２パワーコンディショナとの間に接続され、前記第１切替手段は、前記第２パワーコンディショナと前記電力系統との間に設けられ、前記発電装置と前記電力系統との接続及び非接続を切り替え、前記制御手段は、前記電力系統の電圧が閾値より小さくなった場合に停電が発生したと判定し、前記第１切替手段を非接続状態にする発電システムを提供する。

このような構成によれば、自然エネルギーを利用、または、燃料を使用する発電装置によって発電された直流電力は、第１パワーコンディショナによって交流電力に変換され、第１パワーコンディショナと電力系統の間に接続される第２パワーコンディショナによって交流電力から直流電力に変換されて蓄電される。また、第２パワーコンディショナによって、蓄電装置に貯蔵されている直流電力が交流電力に変換される。停電が発生したと判定された場合には、電力系統と第２パワーコンディショナとの間に設けられる第１切替手段が非接続状態にされ、発電装置と電力系統とが切り離され、第２パワーコンディショナが自立運転される。

第２パワーコンディショナが自立運転になると、蓄電装置に蓄電された電力により第２パワーコンディショナが定電圧制御を行い電圧を確立する。発電装置は、蓄電装置と接続されており、蓄電装置側から電圧が供給されることにより、第１パワーコンディショナの出力側で電圧、周波数が所定範囲内で検出され、第１パワーコンディショナの系統連系保護機能が働かないので、発電装置は電力系統側が復帰したとみなして、系統連系運転をし、発電する。発電装置によって発電された発電電力は、電力系統側に出力され、負荷設備に供給される。また、負荷設備に供給しても余剰となる電力がある場合には、自立運転している第２パワーコンディショナにより交流電力から直流電力に変換され、蓄電装置に蓄電される。また、蓄電装置に蓄電された電力が放電される場合には、電力系統側が非接続状態になっており、放電された電力は、負荷設備側に供給される。

このように、停電が発生した場合であっても、蓄電装置の電圧によって発電装置が運転されることにより発電装置は発電でき、発電電力を負荷設備に供給させることができる。また、蓄電装置と発電装置とを組み合わせて運転するので、負荷設備に対して発電装置の発電電力の余剰が生じた場合には、定電圧制御を行っている蓄電装置に余剰分の電力を蓄電することができる。さらに、発電装置の発電電力が、負荷設備の消費電力より不足している場合であっても、蓄電装置から放電させ、蓄電装置から負荷設備側に電力供給することができる。このように、蓄電装置側と発電装置側とのそれぞれにパワーコンディショナを備え、組み合わせることで、電力を有効に使用することができる。

上記発電システムは、前記負荷設備の上流側に第２切替手段を具備し、前記制御手段は、停電が発生した場合に、前記第１切替手段及び前記第２切替手段を非接続状態にすることとしてもよい。
停電が発生した場合に、発電装置による発電電力を、負荷設備に対して供給させず、蓄電装置に対して供給することにより、蓄電を優先させることができる。

上記発電システムの前記制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が、第１所定値以上である場合に、前記発電装置の運転を停止、及び前記発電装置と前記蓄電装置との切り離しのうち、少なくともどちらか一方を選定することが好ましい。
蓄電装置の蓄電量が、第１所定値（例えば、満充電に近づく値となる場合）以上である場合に、発電装置の運転を停止し、蓄電装置から負荷設備に電力を供給することにより、蓄電装置の過充電を防止する。

上記発電システムの前記制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が、前記第１所定値以上となった後、前記第１所定値より小さい第２所定値以下となった場合に、前記発電装置の運転を開始させ、かつ、前記発電装置と前記蓄電装置とを接続状態にすることが好ましい。
満充電に近くなり発電装置の運転が停止されても、蓄電装置の蓄電量が、第２所定値（例えば、蓄電装置が充電を受け入れられる蓄電量）以下となった場合には、発電装置と蓄電装置とが接続状態にされ、発電装置の運転が開始される。これにより、負荷設備の消費電力以上の電力が発電装置から出力されても、蓄電装置に蓄電させることができる。

上記発電システムの前記制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が、第３所定値以下である場合に、前記負荷設備を切り離し、前記負荷設備に対して電力を供給させず、前記蓄電装置に対して電力を供給させることとしてもよい。
これにより、負荷設備への電力供給よりも、蓄電装置への蓄電を優先させることができる。

上記発電システムの前記制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が、第４所定値以下である場合には、前記蓄電装置の放電を停止させることとしてもよい。
蓄電装置の蓄電量が、第４所定値（例えば、蓄電装置の蓄電量が空状態に近づく値）以下である場合には、蓄電装置の放電を停止させるので、蓄電装置が過放電になるのを防ぐ。

上記発電システムの前記制御手段は、前記蓄電装置の冷却装置および前記電力貯蔵装置の空調設備用補機のうち少なくともいずれか一を通常動作温度以下で動作させ、前記蓄電装置の蓄電量が前記第１所定値以上とならないようにすることとしてもよい。

余力のある発電電力を有効に消費して蓄電装置の冷却促進を進め、通常動作温度以下の許容温度範囲内で冷却用途に電力消費を行うことで、蓄電装置２０の蓄電量が、第１所定値以下の範囲内で運転されるので、発電システムの性能向上および寿命延命に寄与できる。電力貯蔵装置の空調設備用補機とは、例えば、蓄電装置の冷却用補機、第２パワーコンディショナの冷却用補機などである。

上記発電システムの前記制御手段は、前記蓄電装置の冷却装置および前記電力貯蔵装置の空調設備用補機のうち少なくともいずれか一を停止させ、前記蓄電装置の蓄電量が前記第４所定値以下とならないようにすることとしてもよい。

蓄電装置の冷却装置および電力貯蔵装置の空調設備用補機を停止させることにより、通常動作温度以上の許容温度範囲内で蓄電装置の冷却用電力の消費を抑制することで、蓄電装置２０の蓄電量が、第４所定値以上の範囲内で運転されるので、発電システムの性能向上に寄与できる。

上記発電システムの前記制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が、前記第４所定値より大きく、前記第１所定値未満の範囲を逸脱しないように前記発電装置の出力を制御することが好ましい。

第１所定値を蓄電量が満充電に近づく値である充電上限値とし、第４所定値を蓄電量が空状態に近づく値である放電下限値とする場合には、放電下限値から充電上限値の範囲を逸脱しないように発電装置の出力が制御されることにより、満充電状態により発電システムが停止する、或いは、放電終始状態により発電システムが停止するという状況に陥ることを確実に防ぐことができる。

上記発電システムの前記制御手段は、前記第４所定値より大きく、前記第１所定値未満の範囲を逸脱しないように、複数の前記負荷設備の起動および停止を所定の優先順序に従って制御することが好ましい。

複数の負荷設備の所要動力と優先順序を決定しておくことで、放電下限値以下にならないように、所定の優先順序に従って複数の負荷設備の停止を制御し、また充電上限値の範囲を逸脱しないように、所定の優先順序に従って複数の負荷設備の起動を制御することにより、蓄電システムにもともと設置されている複数の負荷設備の運用を利用して蓄電池システム内での電力消費量を制御することで、満充電状態により発電システムが停止する、或いは、放電終始状態により発電システムが停止するという状況に陥ることを確実に防ぐことができる。

上記発電システムの前記制御手段は、複数の前記負荷設備の前記所定の優先順序は、各負荷の使用状況、使用頻度、重要度を含む負荷情報に基づいて決定することが好ましい。

これにより、重要度の高いものを起動させる優先順位を高くし、重要度の高いものを停止させる優先順位を低くする等の対処をすることにより、蓄電量を第１所定値から第４所定値の範囲に収める制御による負荷設備への影響を抑えることができる。

本発明は、電力系統と連系して負荷設備へ電力供給する発電システムの制御方法であって、前記発電システムは発電設備と電力貯蔵装置と負荷設備と第１切替手段とを具備し、前記発電設備は、直流電力を交流電力に変換し、変換後の該交流電力を前記電力系統側に出力する第１パワーコンディショナと、自然エネルギーを利用、または、燃料を使用する発電装置とを有し、前記電力貯蔵装置は、前記第１パワーコンディショナと前記電力系統との間に接続され、電力を貯蔵する蓄電装置に蓄電された直流電力を交流電力に変換して前記電力系統への上流側に出力し、また、取得した交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に蓄電し、前記電力系統から切り離される場合に自立運転する第２パワーコンディショナを備え、前記負荷設備は、前記第１パワーコンディショナと前記第２パワーコンディショナとの間に接続されている場合に、前記電力系統の電圧が閾値より小さくなった場合に、停電が発生したと判定し、前記第２パワーコンディショナと前記電力系統との間に設けられる、前記発電装置と前記電力系統との接続及び非接続が切り替えられる前記第１切替手段を非接続状態にする発電システムの制御方法を提供する。

本発明は、電力系統と連系して負荷設備へ電力供給する発電システムの制御プログラムであって、前記発電システムは発電設備と電力貯蔵装置と負荷設備と第１切替手段とを具備し、前記発電設備は、直流電力を交流電力に変換し、変換後の該交流電力を前記電力系統側に出力する第１パワーコンディショナと、自然エネルギーを利用、または、燃料を使用する発電装置とを有し、前記電力貯蔵装置は、前記第１パワーコンディショナと前記電力系統との間に接続され、電力を貯蔵する蓄電装置に蓄電された直流電力を交流電力に変換して前記電力系統への上流側に出力し、また、取得した交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に蓄電し、前記電力系統から切り離される場合に自立運転する第２パワーコンディショナを備え、前記負荷設備は、前記第１パワーコンディショナと前記第２パワーコンディショナとの間に接続されている場合に、前記電力系統の電圧が閾値より小さくなった場合に、停電が発生したと判定し、前記第２パワーコンディショナと前記電力系統との間に設けられる、前記発電装置と前記電力系統との接続及び非接続が切り替えられる前記第１切替手段を非接続状態にする発電システムの制御プログラムを提供する。

本発明は、停電時であっても発電装置の発電電力を蓄電できるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る発電システムの概略構成を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る発電システムの概略構成を示した図である。 本発明の第３の実施形態に係る発電システムの概略構成を示した図である。 所定値に応じた制御方法の一例を示している。

以下に、本発明に係る発電装置及び電力貯蔵装置を備えた発電システム及びその制御方法並びにプログラムの実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発電装置及び電力貯蔵装置を備えた発電システム及びその制御方法並びにプログラムの概略構成を示した図である。図１に示されるように、発電システム１は、発電設備２、電力貯蔵装置３、制御部（制御手段）２２、第１切替部（第１切替手段）２３、第３切替部２４、第４切替部２５、及び負荷設備１１を備えている。また、発電システム１は、電力系統１５と接続（連系）されている。本実施形態においては、発電装置は、太陽光発電装置である場合を例に挙げて説明するが、これに限定されず、例えば、風力発電装置、燃料電池等の系統連系用インバータを用いた発電装置であればよい。また、発電装置の規模も特に限定されない。

発電設備２は、太陽光発電装置（発電装置）１０及び第１パワーコンディショナ（以下「第１ＰＣＳ」という）２１ａを備えている。
太陽光発電装置１０は、屋根の上などの太陽光が照射される位置に備えられ、太陽光によって発電し、ケーブル等を介して、発電電力を第１ＰＣＳ２１ａに出力する。
第１ＰＣＳ２１ａは、図示しない昇圧機能等を保有するインバータ、ノイズフィルタ等を備えており、太陽光発電装置１０によって発電された直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を電力系統１５側に出力する。つまり、第１ＰＣＳ２１ａは、直流電力を交流電力に変換する片方向変換のパワーコンディショナである。

電力貯蔵装置３は、接続盤２７を介して負荷設備１１側と接続されており、蓄電装置２０及び第２パワーコンディショナ（以下「第２ＰＣＳ」という）２１ｂを備えている。
第２ＰＣＳ２１ｂは、図示しない昇圧機能等を保有するインバータ、ノイズフィルタ等を備えており、第１ＰＣＳ２１ａと電力系統１５との間に接続され、蓄電装置２０に蓄電された直流電力を交流電力に変換して上流側に出力し、取得した交流電力を直流電力に変換して蓄電装置２０に蓄電させる。つまり、第２ＰＣＳ２１ｂは、交流電力を直流電力に変換し、直流電力を交流電力に変換する、双方向変換のパワーコンディショナである。第２ＰＣＳ２１ｂは、電力系統１５と連系している場合の連系運転モードと、電力系統１５から切り離される場合の自立運転モードとを有する。また、第２ＰＣＳ２１ｂは、連系運転モードの場合には、電流制御され、自立運転モードの場合には、電圧制御される。

接続盤２７は、発電設備２及び負荷設備１１が接続されている経路と、電力貯蔵装置３側の経路とを接続する接続点Ｘを有し、接続点Ｘから電力系統１５側に第１切替部２３を備えている。
第１切替部２３は、第２ＰＣＳ２１ｂと電力系統１５との間に設けられ、太陽光発電装置１０と電力系統１５との接続及び非接続が切り替えられる。具体的には、第１切替部２３は、制御部２２により制御され、停電が発生したと判定された場合に、非接続状態にされる。

負荷設備１１は、第１ＰＣＳ２１ａと第２ＰＣＳ２１ｂとの間に接続される。負荷設備１１は、発電設備２及び電力貯蔵装置３のうち、少なくともどちらか一方から電力が供給される。
第３切替部２４は、第１ＰＣＳ２１ａの下流側に設けられており、太陽光発電装置１０から電力系統１５側に対し、交流電力を供給させる場合に接続状態とされ、交流電力を供給させない場合に非接続状態とされる。
第４切替部２５は、第１切替部２３より電力系統１５側に設けられる。第４切替部２５は、通常運用の場合に接続状態とされ、発電設備２や電力貯蔵装置３のメンテナンスの場合に感電防止などのために非接続状態とされる。

制御部２２は、電力系統１５の電圧が閾値より小さくなった場合に停電が発生したと判定し、第１切替部２３を非接続状態にして発電装置１０と電力系統１５とを切り離す。具体的には、制御部２２は、電力系統１５側の電圧を計測する図示しない電圧計測部を備えており、電圧計測部において検出される電圧値が閾値より小さくなった場合に停電が発生したと判定して、第１切替部２３を非接続状態にする。また、制御部２２は、停電が発生したと判定した場合に、第２ＰＣＳ２１ｂの運転モードを連系運転モードから自立運転モードに切り替える。

さらに、制御部２２は、蓄電装置２０の蓄電量に応じて、発電設備２に対して、太陽光発電装置１０の運転の開始停止を指示する、或いは、蓄電装置２０に対して、放電の開始停止を指示する。
具体的には、制御部２２は、蓄電装置２０の蓄電量が、第１所定値以上である場合に、発電装置１０の運転を停止、及び太陽光発電装置１０と蓄電装置２０との切り離しのうち、少なくともどちらか一方を選定し、蓄電装置２０から負荷設備１１に電力供給させる。このように、蓄電装置の蓄電量が、第１所定値（例えば、満充電に近づく値となる場合）以上である場合に、太陽光発電装置１０による運転を停止（つまり、発電しない状態を維持）させることにより、蓄電装置の充電が停止され、蓄電装置の過充電を防止する。

或いは、制御部２２は、太陽光発電装置１０の運転の停止を指示する代わりに、第３切替部２４を非接続状態に制御し、太陽光発電装置１０の運転の開始を指示する代わりに、第３切替部２４を接続状態に制御することとしてもよい。これにより、太陽光発電装置１０の運転の停止開始をしなくても、太陽光発電装置１０によって発電された電力を電力系統１５側に出力するか否かを制御できる。

また、制御部２２は、蓄電装置２０の蓄電量が、第１所定値以上となった後、第１所定値より小さい第２所定値以下となった場合に、太陽光発電装置１０の運転を開始させ、かつ、太陽光発電装置１０と蓄電装置２０とを接続状態にし、太陽光発電装置１０から負荷設備１１または蓄電装置２０の少なくともどちらか一方に電力供給させる。このように、満充電に近くなり太陽光発電装置１０の運転が停止されても、蓄電装置２０の蓄電量が、第２所定値（例えば、蓄電装置が充電を受け入れられる蓄電量）以下となった場合には、太陽光発電装置１０の運転が開始される。これにより、負荷設備１１の消費電力以上の電力が太陽光発電装置１０から出力される場合であっても、蓄電装置２０に蓄電させることができる。

制御部２２は、蓄電装置２０の蓄電量が、第３所定値以下である場合には、負荷設備１１を非接続状態にし、蓄電装置２０に対して電力を供給させることにより、蓄電を優先させる。また、制御部２２は、蓄電装置の蓄電量が、第４所定値（例えば、蓄電装置の蓄電量が空状態に近づく値）以下である場合に蓄電装置の放電を停止させることにより、蓄電装置が過放電になるのを防ぐ。
ここで、第１所定値、第２所定値、第３所定値、第４所定値の大小関係は、第１所定値＞第２所定値＞第３所定値＞第４所定値とする。例えば、第１所定値は、蓄電量残量の９０％とし、第２所定値は蓄電量残量の７５％とし、第３所定値は蓄電量残量の２５％とし、第４所定値を蓄電量残量の１０％とする。第１所定値は、蓄電装置２０の蓄電上限値として設定され、第４所定値は、蓄電装置２０の蓄電下限値として設定される。尚、蓄電装置２０の警報設定値として、過充電設定値については、第１所定値以上、過放電設定値については、第４所定値以下に別途設け、蓄電装置２０の故障を防止する。

以下に、本実施形態に係る発電システム１の制御方法について説明する。
制御部２２において、電力系統１５の電圧値を計測しており、電力系統１５の電圧値が閾値以上である場合には、第１切替部２３、第２切替部２６、第３切替部２４、第４切替部２５は、接続状態とされ、発電システム１が連系運転している。電力系統１５の電圧値が閾値より小さくなった場合には、制御部２２において停電が発生したと判定され、第１切替部２３が非接続状態にされ、電力系統１５側と発電システム１とが切り離される。また、停電が発生したと判定された場合には、第２ＰＣＳ２１ｂは、連系運転モードから自立運転モードに切り替えられ、蓄電装置２０に蓄電されている電力により電圧が確立される。

太陽光発電装置１０と電力貯蔵装置３側とが接続されており、第２ＰＣＳ２１ｂのインバータから電圧が供給されると、第１ＰＣＳ２１ａの下流側（出力側）において所定範囲内の電圧、周波数が検出されるので第１ＰＣＳ２１ａは系統連系保護機能が働かず、太陽光発電装置１０は、電力系統１５と連系したかのように、つまり、停電から復電したこととみなして、系統連系運転を開始する。また、自立運転をする場合に、出力が最大出力容量よりも低い容量に制限されるような制御機能を保有するパワーコンディショナを利用する場合であっても、本実施形態では、第１ＰＣＳ２１ａの出力電力は、系統電力側の電力が蓄電装置２０から供給される電力に置き換えられるので、第１ＰＣＳ２１ａは、系統連系している場合のように運転され、第１ＰＣＳ２１ａの出力が制限されることなく自立運転できる。

太陽光発電装置１０によって発電された発電電力は、電力系統１５側に出力され、負荷設備１１に供給される。太陽光発電装置１０の発電電力が負荷設備１１の消費電力を超過する場合には、超過した余剰分の電力が第２ＰＣＳ２１ｂにより交流電力から直流電力に変換され、蓄電装置２０に蓄電される（図１のＰＶ（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ：太陽電池）発電電力＞負荷電力の場合の点線矢印参照）。

このように、負荷設備１１の消費電力を超過して発電した場合に、余剰分を蓄電装置２０に供給させるので、負荷設備１１の運転を優先させつつ、蓄電することができる。また、太陽光発電装置１０の発電電力が負荷設備１１の消費電力より不足する場合には、蓄電装置２０に蓄電された電力が放電され、負荷設備１１に供給される（図１のＰＶ発電電力＜負荷電力の場合の実線矢印参照）。これにより、太陽光発電装置１０の発電電力が、負荷設備１１の消費電力より不足している場合であっても、蓄電装置２０に蓄電された電力を負荷設備１１に供給させるので、不足分を補うことができる。

上述した実施形態に係る発電システム１においては、上記処理の全て或いは一部を別途ソフトウェアを用いて処理する構成としてもよい。この場合、制御部２２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の主記憶装置、及び上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、ＣＰＵが上記記憶媒体に記録されているプログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述の制御部２２と同様の処理を実現させる。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

以上説明してきたように、本実施形態に係る太陽光発電装置１０及び電力貯蔵装置３を備えた発電システム１及びその制御方法並びにプログラムによれば、停電が発生したと判定された場合であっても、蓄電装置２０の電圧が供給されることにより、第１ＰＣＳ２１ａの出力側で電圧、周波数が所定範囲内で検出され、第１ＰＣＳ２１ａの系統連系保護機能が働かないので、太陽光発電装置１０が系統連系時のように発電でき、発電電力を負荷設備１１に供給させることができる。また、蓄電装置２０と太陽光発電装置１０とを組み合わせて運転するので、負荷設備１１に対して太陽光発電装置１０の発電電力の余剰が生じた場合には、蓄電装置２０に余剰分の電力を蓄電することができる。さらに、太陽光発電装置１０の発電電力が負荷設備１１の消費電力に対して不足する場合であっても、蓄電装置２０から放電することにより、蓄電装置２０から負荷設備１１側に電力供給することができ、不足分を補うことができる。このように、蓄電装置２０側と太陽光発電装置１０側とのそれぞれにパワーコンディショナを備え、電力貯蔵装置３と発電設備２とを組み合わせることで、電力を有効に使用することができる。

〔第２の実施形態〕
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に係る発電システムに設けられる負荷設備が、接続と非接続を切り替える第２切替部（第２切替手段）を設ける点で第１の実施形態と異なる。本実施形態の発電システムについて、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図２には、本実施形態にかかる発電システムの概略構成が示されている。
図２に示されるように、負荷設備１１の上流側に第２切替部２６を設け、停電が発生した場合に、制御部２２が、第１切替部２３および第２切替部２６を非接続状態にする。
これにより、停電が発生した場合に、発電装置１０による発電電力を、負荷設備１１に対して供給させず、蓄電装置２０に対して供給させ、蓄電を優先させることができる。

〔第３の実施形態〕
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に係る発電システムに設けられる負荷設備が、接続と非接続を切り替える第５切替部を複数設ける点で第１の実施形態と異なる。本実施形態の発電システムについて、第１の実施形態、第２の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図３には、本実施形態に係る発電システムの概略構成が示されている。
図３に示されるように、複数の負荷設備１１ａ〜１１ｄのそれぞれに対応付けられて接続と非接続とを切り替える第５切替部２８ａ〜２８ｄが設けられている。以下、特に明記しない場合には、負荷設備は負荷設備１１として記載する。
また、蓄電装置の蓄電量に対し、第１の実施形態で説明した第１所定値、第２所定値、第３所定値、および第４所定値が設定されていることする。

負荷設備１１に対して太陽光発電装置１０の発電電力の余剰が生じ、蓄電装置２０の蓄電池量が第１所定値に近い場合には、余剰分の電力を蓄電し続けると蓄電池容量が第１所定値以上となり蓄電装置２０が停止するので、制御部２２は、蓄電装置２０の冷却装置および電力貯蔵装置３の空調設備用補機（蓄電装置２０の冷却用補機、第２ＰＣＳ２１ｂの冷却用補機）のうち少なくともいずれか一を通常動作温度以下でありながらも強制的に動作させ、蓄電装置２０の蓄電量が第１所定値以上になることを抑制するようにする。また、太陽光発電装置１０の発電電力が負荷設備１１の消費電力に対して不足する場合に、蓄電装置２０から放電することにより、蓄電装置２０から負荷設備１１側に電力供給し、蓄電装置２０の蓄電池量が第４所定値に近い場合には、電力を放電し続けると蓄電池容量が第４所定値以下となり蓄電装置２０が停止するので、制御部２２は、蓄電装置２０の冷却装置および電力貯蔵装置３の空調設備用補機のうち少なくともいずれか一を停止させ、蓄電装置２０の蓄電量が第４所定値以下になることを抑制するようにする。

ここで、蓄電池システムの安定した動作のために設定した動作温度は、動作不良や寿命短縮を発生させる許容温度には数℃の余裕をもって設定されている。従い、負荷設備１１として冷却装置や補機による動作温度を制御することにより、発電電力を有効に利用しながら、蓄電装置２０の蓄電量が、第１所定値から第４所定値の範囲内で運転されるので、発電システム１´の性能向上および寿命延命に寄与することができる。

制御部２２は、蓄電装置２０の蓄電量が、第４所定値より大きく、第１所定値未満の範囲を逸脱しないように発電装置の出力を制御する。また、制御部２２は、第４所定値より大きく、第１所定値未満の範囲を逸脱しないように、複数の負荷設備１１の起動および停止を所定の優先順序に従って制御する。なお、複数の負荷設備１１を起動、或いは停止させる所定の優先順序は、各負荷の使用状況、使用頻度、重要度を含む負荷情報に基づいて決定する。例えば、重要度（または、各負荷の使用状況、使用頻度）の高い負荷設備１１から順に起動させ、重要度（または、各負荷の使用状況、使用頻度）の低い負荷設備１１から順に停止させる。ここで、複数の負荷設備１１は、例えば、照明、換気設備、冷却装置、空調設備用補機、通信機器などである。

以下に、本実施形態に係る発電システム１´の制御方法について説明する。以下では、第１所定値を蓄電量が満充電に近づく値である充電上限値とし、第４所定値を蓄電量が空状態に近づく値である放電下限値とする場合を例に挙げて説明する。
制御部２２において、電力系統１５の電圧値を計測しており、電力系統１５の電圧値が閾値以上である場合には、第１切替部２３、第２切替部２６、第３切替部２４、第４切替部２５は、接続状態とされ、発電システム１が連系運転している。電力系統１５の電圧値が閾値より小さくなった場合には、制御部２２において停電が発生したと判定され、第１切替部２３が非接続状態にされ、電力系統１５側と発電システム１とが切り離される。また、停電が発生したと判定された場合には、第２ＰＣＳ２１ｂは、連系運転モードから自立運転モードに切り替えられ、蓄電装置２０に蓄電されている電力により電圧が確立される。

太陽光発電装置１０と電力貯蔵装置３側とが接続されており、第２ＰＣＳ２１ｂのインバータから電圧が供給されると、第１ＰＣＳ２１ａの下流側において所定範囲内の電圧、周波数が検出されるので第１ＰＣＳ２１ａは系統連系保護機能が働かず、太陽光発電装置１０は、電力系統１５と連系したかのように、つまり、停電から復電したこととみなして、系統連系運転を開始する。
太陽光発電装置１０による発電電力量と負荷設備１１の負荷電力との大小により、蓄電装置２０への蓄電、或いは、負荷設備１１への電力供給がなされる。

蓄電装置２０の充電が優先される場合には、所定の優先順位に従って、停止される負荷設備１１ａ〜１１ｄに対応付けられる第５切替部２８ａ〜２８ｄが非接続状態にされ、負荷設備１１が停止され、太陽光発電装置１０の余剰電力を発生させて蓄電装置２０が充電されるよう制御される。また、夜間など太陽光発電装置１０による発電が停止し、負荷設備１１ａ〜１１ｄへの電力供給により蓄電装置２０の蓄電量（電池残量）が放電下限値（第４所定値）以下になる場合には、所定の優先順位に従って負荷設備１１ａ〜１１ｄに対応付けられる第５切替部２８ａ〜２８ｄが非接続状態にされ、負荷設備１１が停止される。

また、太陽光発電装置１０による発電電力が大きく、蓄電装置２０の蓄電量が充電上限値（第１所定値）以上になる場合には、負荷設備１１ａ〜１１ｄに対応付けられる第５切替部２８ａ〜２８ｄを所定の優先順位に従って接続状態にして負荷設備１１を起動させ、負荷設備１１により電力消費させることで、蓄電装置２０の蓄電量が充電上限値より小さい範囲となるように制御される。全ての負荷設備１１ａ〜１１ｄを起動させても蓄電装置２０の蓄電量が充電上限値以上になる場合には、太陽光発電装置１０による出力値と負荷設備１１ａ〜１１ｄによる消費電力値とが等しくなるように太陽光発電装置１０の出力を制御し、蓄電装置２０の蓄電量が充電上限値を上回らないように制御される。

また、太陽光発電装置１０の出力制御をする前に、蓄電装置２０の冷却装置および電力貯蔵装置３の空調設備用補機のうち少なくともいずれか一を停止させ、蓄電装置２０の蓄電量が放電下限値以下とならないようにしたり、蓄電装置２０の冷却装置および電力貯蔵装置３の空調設備用補機のうち少なくともいずれか一を通常動作温度以下で動作させ、蓄電装置２０の蓄電量が充電上限値以上とならないようにしたりして、温度制御することとしてもよい。このとき、複数の負荷設備１１のうちのいくつかが、蓄電装置２０の温度を制御する冷却装置および電力貯蔵装置３の温度を制御する空調設備用補機となり、前述のように許容温度に至るまで数℃の余裕をもって設定されている動作温度範囲を制御することで、負荷設備１１を所定の優先順位に従い順に起動や停止をさせる。

以下に、より具体的な発電システム１´の制御方法について図４を用いて説明する。
例えば、図４に示されるように、第１所定値は、蓄電量残量の９０％とし、第２所定値は蓄電量残量の８５％とし、第３所定値は蓄電量残量の１５％とし、第４所定値を蓄電量残量の１０％とする。
蓄電装置２０の蓄電量残量が、第３所定値から第２所定値の区間においては、太陽光発電装置１０は、通常制御（△印）がなされ、蓄電装置２０の冷却装置は温度に応じてオンオフされる通常制御（△印）がなされ、負荷設備１１ａ〜１１ｄはオン状態（○印）とされる。

蓄電装置２０の蓄電量残量の増加（充電）が進み、第２所定値以上になった場合には、冷却装置が強制的にオン状態（○印）とされ、蓄電装置２０の冷却により発電電力が有効に消費されて、蓄電装置２０の蓄電量が、第１所定値以下の範囲内で運転されるので、発電システム１´のシステム性能向上および寿命延命の方向に制御される。また、太陽光発電装置１０は、蓄電装置２０の充電量を抑制させるよう出力制御（○印）される。なお、蓄電量残量を増やさない方向に制御することが好ましいので、通常負荷の負荷設備１１ａ，１１ｂ及び重要負荷の負荷設備１１ｃ，１１ｄをオン状態（○印）とするため、対応する第５切替部２８ｃ，２８ｄは接続状態にされている。

蓄電装置２０の充電がさらに進み第１所定値以上になると、太陽光発電装置１０、冷却装置、負荷設備１１は、それぞれ第２所定値以上の場合と同様に制御されるが、それでも充電が抑制されない場合には、太陽光発電装置１０を停止（×印）させる。これにより、蓄電装置２０の蓄電量残量の増加を抑制させる。
一方、蓄電装置２０の蓄電量残量が第３所定値から第２所定値の区間から、蓄電装置２０の放電が進み、第３所定値以下になった場合には、重要負荷より重要度の低い通常負荷の負荷設備１１ａ，１１ｂを停止（×印）させるべく、対応する第５切替部２８ａ，２８ｂが非接続状態とされ、放電を抑制させる方向に制御される。このように、重要度の低い通常負荷が優先的に停止されるようになっており、重要度の高い重要負荷は、重要度の低い負荷と比較してできるだけ停止されないようになっている。

さらに蓄電装置２０の蓄電量残量の低減（放電）が進み、第４所定値以下となった場合には、蓄電量残量の低減を抑制するために、冷却装置を強制的にオフ状態（×印）にし、重要負荷１１ｃ、１１ｄを含む全ての負荷設備１１を全てオフ状態（×印）にするために、対応する第５切替部２８ａ〜２８ｄが非接続状態にされる。また、この場合、充電によって蓄電量残量を増加させるべく太陽光発電装置１０は通常運転させる。
このように、蓄電装置２０に対して複数の所定値を設けることにより、段階的な制御を行うことができる。

以上説明してきたように、本実施形態に係る太陽光発電装置１０及び電力貯蔵装置３を備えた発電システム１及びその制御方法並びにプログラムによれば、放電下限値（第４所定値）から充電上限値（第１所定値）の範囲を逸脱しないように太陽光発電装置１０の出力が制御されることにより、停電時であっても蓄電装置２０に蓄電でき、かつ、満充電状態により発電システム１´が停止する、或いは、放電終始状態により発電システム１´が停止するという状況に陥ることを確実に防ぐことができる。また、放電下限値から充電上限値の範囲を逸脱しないように、所定の優先順序に従って複数の負荷設備１１の起動および停止を制御することにより、蓄電装置２０の充放電が進んでしまうことにより発電システム１´が停止するという状況に陥ることを防ぐことができる。

また、負荷設備１１の重要度の高いものを起動させる優先順位を高くし、重要度の高いものを停止させる優先順位を低くする等の対処をすることにより、重要度の高い負荷設備１１はできるだけ起動させておく方向に制御され、負荷設備１１への影響を抑えることができる。
このように、蓄電装置２０の蓄電量が、第１所定値から第４所定値の範囲内で運転されこのように積極的に制御することにより、蓄電装置２０の寿命が延命されるとともに、発電装置１´のシステム性能を向上させることができる。なお、蓄電装置２０の蓄電池は、リチウム蓄電池、鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池など特に限定されないが、充放電の追従性がよいことからリチウム蓄電池であることが好ましい。

１、１´ 発電システム
１０ 太陽光発電装置（発電装置）
１１、１１ａ〜１１ｄ 負荷設備
１５ 電力系統
２０ 蓄電装置
２１ａ 第１ＰＣＳ（第１パワーコンディショナ）
２１ｂ 第２ＰＣＳ（第２パワーコンディショナ）
２２ 制御部（制御手段）
２３ 第１切替部（第１切替手段）
２４ 第３切替部
２５ 第４切替部
２６ 第２切替部（第２切替手段）
２８ａ〜２８ｄ 第５切替部

Claims (13)

1. 電力系統と連系して負荷設備へ電力供給する発電システムであって、発電設備と電力貯蔵装置と負荷設備と第１切替手段と制御手段とを備え、
   前記発電設備は、直流電力を交流電力に変換し、変換後の該交流電力を前記電力系統側に出力する第１パワーコンディショナと、自然エネルギーを利用、または、燃料を使用する発電装置とを有し、
   前記電力貯蔵装置は、前記第１パワーコンディショナと前記電力系統との間に接続され、電力を貯蔵する蓄電装置に蓄電された直流電力を交流電力に変換して前記電力系統への上流側に出力し、また、取得した交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に蓄電し、前記電力系統から切り離される場合に自立運転する第２パワーコンディショナを備え、
   前記負荷設備は、前記第１パワーコンディショナと前記第２パワーコンディショナとの間に接続され、
   前記第１切替手段は、前記第２パワーコンディショナと前記電力系統との間に設けられ、前記発電装置と前記電力系統との接続及び非接続を切り替え、
   前記制御手段は、前記電力系統の電圧が閾値より小さくなった場合に停電が発生したと判定し、前記第１切替手段を非接続状態にする発電システム。
2. 前記負荷設備の上流側に第２切替手段を具備し、
   前記制御手段は、停電が発生した場合に、前記第２切替手段を非接続状態にする請求項１に記載の発電システム。
3. 前記制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が、第１所定値以上である場合に、前記発電装置の運転停止、及び前記発電装置と前記蓄電装置との切り離しのうち、少なくともどちらか一方を選定する請求項１または請求項２に記載の発電システム。
4. 前記制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が、前記第１所定値以上となった後、前記第１所定値より小さい第２所定値以下となった場合に、前記発電装置の運転を開始させ、かつ、前記発電装置と前記蓄電装置とを接続状態にする請求項３に記載の発電システム。
5. 前記制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が、第３所定値以下である場合に、前記負荷設備を切り離し、前記負荷設備に対して電力を供給させず、前記蓄電装置に対して電力を供給させる請求項１から請求項４のいずれかに記載の発電システム。
6. 前記制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が、第４所定値以下である場合には、前記蓄電装置の放電を停止させる請求項１から請求項５のいずれかに記載の発電システム。
7. 前記制御手段は、前記蓄電装置の冷却装置および前記電力貯蔵装置の空調設備用補機のうち少なくともいずれか一を通常動作温度以下で動作させ、前記蓄電装置の蓄電量が前記第１所定値以上とならないようにする請求項３から請求項６のいずれかに記載の発電システム。
8. 前記制御手段は、前記蓄電装置の冷却装置および前記電力貯蔵装置の空調設備用補機のうち少なくともいずれか一を停止させ、前記蓄電装置の蓄電量が前記第４所定値以下とならないようにする請求項６または請求項７に記載の発電システム。
9. 前記制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が、前記第４所定値より大きく、前記第１所定値未満の範囲を逸脱しないように前記発電装置の出力を制御する請求項６から請求項８のいずれかに記載の発電システム。
10. 前記制御手段は、前記第４所定値より大きく、前記第１所定値未満の範囲を逸脱しないように、複数の前記負荷設備の起動および停止を所定の優先順序に従って制御する請求項６から請求項９のいずれかに記載の発電システム。
11. 前記制御手段は、複数の前記負荷設備の前記所定の優先順序は、各負荷の使用状況、使用頻度、重要度を含む負荷情報に基づいて決定する請求項１０に記載の発電システム。
12. 電力系統と連系して負荷設備へ電力供給する発電システムの制御方法であって、前記発電システムは発電設備と電力貯蔵装置と負荷設備と第１切替手段とを具備し、
    前記発電設備は、直流電力を交流電力に変換し、変換後の該交流電力を前記電力系統側に出力する第１パワーコンディショナと、自然エネルギーを利用、または、燃料を使用する発電装置とを有し、
    前記電力貯蔵装置は、前記第１パワーコンディショナと前記電力系統との間に接続され、電力を貯蔵する蓄電装置に蓄電された直流電力を交流電力に変換して前記電力系統への上流側に出力し、また、取得した交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に蓄電し、前記電力系統から切り離される場合に自立運転する第２パワーコンディショナを備え、
    前記負荷設備は、前記第１パワーコンディショナと前記第２パワーコンディショナとの間に接続されている場合に、
    前記電力系統の電圧が閾値より小さくなった場合に、停電が発生したと判定し、前記第２パワーコンディショナと前記電力系統との間に設けられる、前記発電装置と前記電力系統との接続及び非接続が切り替えられる前記第１切替手段を非接続状態にする発電システムの制御方法。
13. 電力系統と連系して負荷設備へ電力供給する発電システムの制御プログラムであって、前記発電システムは発電設備と電力貯蔵装置と負荷設備と第１切替手段とを具備し、
    前記発電設備は、直流電力を交流電力に変換し、変換後の該交流電力を前記電力系統側に出力する第１パワーコンディショナと、自然エネルギーを利用、または、燃料を使用する発電装置とを有し、
    前記電力貯蔵装置は、前記第１パワーコンディショナと前記電力系統との間に接続され、電力を貯蔵する蓄電装置に蓄電された直流電力を交流電力に変換して前記電力系統への上流側に出力し、また、取得した交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に蓄電し、前記電力系統から切り離される場合に自立運転する第２パワーコンディショナを備え、
    前記負荷設備は、前記第１パワーコンディショナと前記第２パワーコンディショナとの間に接続されている場合に、
    前記電力系統の電圧が閾値より小さくなった場合に、停電が発生したと判定し、前記第２パワーコンディショナと前記電力系統との間に設けられる、前記発電装置と前記電力系統との接続及び非接続が切り替えられる前記第１切替手段を非接続状態にする発電システムの制御プログラム。
    

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