JP4154495B2

JP4154495B2 - 集積型発電システム

Info

Publication number: JP4154495B2
Application number: JP2003287178A
Authority: JP
Inventors: 孝之香高; 博和本間; 伊智朗山下; 仁児山; 武志梶村
Original assignee: 株式会社システック
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: JP2005027489A

Description

発明の詳細な説明

本発明は、複数の発電部を並列または直列に集積して発電システムを構成する発電システムに関するものである。

従来、発電装置は発電施設に見られるように、大型の装置が多く、単体または少数の複数台が局所にまとまって設置されることが多かった。このような場合、保守・運転に作業者がいて管理することが普通であった。

発明が解決しようとする課題

然るに、あまり大型でない発電分を多数台集積して発電システムを構成する要求があり、保守する人が近くにいないで多数の発電部を管理する必要性が出てきていた。具体的には、発電量の管理よりも多数の発電部のうち故障または不良となっている発電部を早く見つけ出して、修理や交換の保守を行う必要があった。然るに多数の発電部が集積されると確率的に故障が起こり、これを人手によりチェックするのは大変な作業工数を必要とした。本発明は、多数の発電部から故障または不良となっている発電部を検知する機能を備えた発電システムを提供するものである。

課題を解決するための手段

多数の発電部を集積して構成した発電システムにおいて、多数の発電部と、感知スイッチと発電部特定制御部を含む発電部状態感知部とを集積して構成した発電システムにおいて、コンピュータからの信号により発電部特定制御部が指定した発電部の状態被感知部位の状態を感知スイッチで感知し、発電部の状態をコンピュータへ伝達することを可能としたものである。
請求項１記載の発明は、集積型発電システムであって、複数の発電部と前記発電部の状態を感知する発電部状態感知部を集積して構成した発電システムにおいて、前記発電部状態感知部は、前記発電部の状態被感知部位の状態を感知し、前記発電部状態感知部とコンピュータ間での発電部状態感知データの送受信により、前記発電部の状態を前記コンピュータから遠隔的に把握可能としたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の集積型発電システムにおいて、前記発電部状態感知部は、前記発電部の状態を感知するスイッチと；前記発電部状態感知データのうち前記コンピュータから送られ、かつ感知される前記発電部を指定する特定信号から発電部状態感知信号を作成する発電部特定回路と；を少なくとも含むことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の集積型発電システムにおいて、前記発電部状態感知信号は、前記発電部特定回路にあらかじめ設定された発電部識別番号（ＩＤ番号）との比較一致によるか；又は、前記コンピュータから送られた前記特定データの順次指定により；作成されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２又は請求項３記載の集積型発電システムにおいて、前記発電部状態感知部は、前記発電部特定回路に供給する電源を接続する電源接続回路と；前記発電部特定回路に供給するクロックを生成するクロック発生部と；の少なくとも一方を有し、前記電源接続回路および前記クロック発生部は、前記特定信号から生成された信号により動作することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載の集積型発電システムにおいて、前記感知される発電部であって、前記スイッチが接続される前記状態被感知部位は、前記発電部の充電用の電池または静電容量の高い電位側の端子または接続線であること、又は、前記端子または接続線の電位に対応した電位を有する端子であること、又は、前記電池または静電容量に流入する充電電流を検出し、前記充電電流を電流電圧変換した電位を有する端子であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載の集積型発電システムにおいて、前記発電部と前記発電部状態感知部との少なくともいずれか一方に、前記発電部又は複数個の前記発電部が充電する前記電池相互間での電力の逆流を防止する逆流防止回路を有することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一つに記載の集積型発電システムにおいて、前記発電部状態感知部と前記コンピュータ間での前記発電部状態感知データの送受信は、前記発電部から電力を供給するための低電位側線を共有することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一つに記載の集積型発電システムにおいて、前記発電部状態感知部と前記コンピュータ間での前記発電部状態感知データの送受信は、前記発電部から電力を供給するための低電位側線と高電位側線の両方を共有し、前記電力を供給する端末に低域通過フィルタを有することを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一つに記載の集積型発電システムにおいて、前記発電部状態感知部と前記コンピュータ間での前記発電部状態感知データの送受信は、無線通信で行うように無線回路を有することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか一つに記載の集積型発電システムにおいて、前記発電部と前記発電部状態感知部の構成において、複数の前記発電部をグループ化し、前記グループ毎に前記発電部状態感知部を構成したことを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか一つに記載の集積型発電システムにおいて、前記発電部と前記発電部状態感知部の構成において、複数の前記発電部を行及び列のマトリックス状に配置し、前記発電部状態感知部に対応する行番号特定回路及び、列番号特定回路により前記発電部を選択把握するように構成したことを特徴とする。

図１から図１０は、本発明に係る集積型発電システムの実施態様の例を示す図である。風力発電の場合を例に説明を進めると、図２は、本発明の一実施態様の風力発電部であり、２ａは正面図であり、２ｂは、２ａのＩ−Ｉで切った断面図である。

２ｂで、２０１は、風力を受けて回転する羽根であり、２０４は、羽根２０１とともに回転する回転体であり、回転体２０４の内側には、Ｎ極及びＳ極の永久磁石２０３が交互に並んで取り付けられた支持部２０２が付設されている。永久磁石２０３の内側には、鉄心に巻かれたコイル２０５が固定されていて、永久磁石２０３の回転により、磁界がコイル２０５を鎖交して、コイル２０５に電力が発生する。なお、２０６は回転体２０４の回転の回転主軸である。２０７には、図３に示す発電制御部が収納されている。

図３は、図２の風力発電部の内部の発電制御部の電気回路を示している。Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、図２のコイル２０５に対応する。コイルに発生している電力は脈流であるので、コイルに接続した６個のダイオードＤ１からＤ６で整流する。整流された電力は、静電容量Ｃと、抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、トランジスタＱ３１、Ｑ３２、ツェナーダイオードＤ３１により電圧が安定化される。出力端子ＴＨ、ＴＬは、各々、図４の充電回路４０１のａ端子とｃ端子に接続にされる。

図４は、発電部状態感知部のブロック図であり、４００の枠内が発電部特定制御部である。４０２は、発電部の故障や不良の状態を感知する感知スイッチである。電圧安定化された電力は、逆流防止ダイオードＤ４１を介して、充電回路４０１の電池ＢＴに充電される。この逆流防止ダイオードは、１個の電池ＢＴに複数の発電部から充電する場合には、複数の発電部からの逆流を防止する意味があるが、１個の電池ＢＴに１個の発電部が対応する場合は不要である。この電力は、逆流防止ダイオードＤ４２を通過して、線Ｖを経由して外部の負荷に与えられる。通常、電力を供給するにはこれだけでよい。ＴＨ、ＴＬ端子より発電部側に故障や不良があった場合に、一般に充電回路４０１の電池ＢＴの電圧は減少する。逆流防止ダイオードＤ４２は、線Ｖから電圧の下がった充電回路４０１の電池ＢＴに電力が逆供給されることを回避している。

ＴＨ、ＴＬ端子より発電部側に発生した故障や不良をどのように検知するかを説明する。発電部特定制御部４００は、外部でＶ，Ｇ，Ｄの３本の線に接続している。線Ｄは図示されていないコンピュータと接続されていて、コンピュータからの発電部状態を読み込む指令信号である特定信号を電源接続回路４０３および発電部特定回路４０４に受け渡す。特定信号の前部のデータで接続信号作成部４０５により、電源接続信号が作成され、これで第１のスイッチ４０６を接続して、発電部特定回路４０４及びクロック発生部４０７に電源を供給し、同時にクロック発生部４０７でクロックを生成する。クロックは発電部特定回路４０４を駆動するとともに、クロック出力４０９の端子ｅと接続された端子ｋを通じて、感知スイッチ４０２の出力処理部４１１を駆動する。発電部特定回路４０４は、線Ｄを介して入力した特定信号の後部のデータをラッチして、そのデータと図示されていない記憶部にあらかじめ設定された発電部識別番号（ＩＤ番号）と比較する。一致出力４０８の端子ｄは、感知スイッチ４０２の第２のスイッチ４１０のゲート端子ｊに接続されているので、比較出力の一致した発電部に接続した第２のスイッチ４１０のみが接続する。感知スイッチ４０２の第２のスイッチ４１０の端子ｉは、充電回路４０１の電池ＢＴの端子ｂに接続されているので、故障・不良の場合には、充電回路４０１の電池ＢＴの電圧が規定の値より低下していると感知することができる。ここでは、発電部の故障・不良を感知する発電部の状態被感知部位は、充電回路４０１の電池ＢＴの端子を例に説明したが、これに限ったことではない。又、第２のスイッチ４１０に入力する状態被感知部位は、電池ＢＴの端子と同じか又は、比例するなどの対応する電位を持つ端子か、又は、電池ＢＴに入力する電流を感知する電流センサーの出力端子でもよい。感知スイッチ４０２では、出力処理部４１１で入力したデータをデジタル量にしてシリアルデータとして出力し、線Ｄを介し、コンピュータ側に送出する。勿論、コンピュータから指令する特定信号は、発電部識別番号である以外に、カウンターにより順番を指定して順次に読み出すデータでもよい。その場合は、発電部識別番号との一致比較が不要なので、回路が単純になる。
ここで、充電回路４０１、感知スイッチ４０２、発電部特定制御部４００の各々は、これから示す実施態様により、発電部に内蔵されたり、外に設置されたり、応用例が種々あるので、各実施態様の中で説明する。

図５は、図４で説明したことの動作シーケンスを示すタイミング図である。コンピュータから線Ｄ（状態感知データの線と呼ぶことにする）を介して送られてきた特定信号入力の前部の立下り部で電源接続信号が作られる。電源接続信号の電源を接続する期間は、マルチバイブレータ等を駆動して適当な長さに作られる。同時に、特定信号のデータの動作をモニタして、クロック発生部４０７内のＰＬＬ回路で特定信号の動作タイミングに同期したクロックを作成する。このため、特定データの前部には、クロックのタイミングを与える適当な長さのダミーデータ部が必要である。クロック発生部４０７では、特定信号に含まれるデータのタイミングに合わせて、適当なタイミングのクロックのところで、特定信号をラッチする特定信号ラッチ信号をも作成して、クロックとともに発電部特定回路４０４に供給している。特定信号ラッチ信号を受けて発電部識別番号（ＩＤ）比較、および発電部状態感知が図示のタイミングで行われる。感知された状態は状態ラッチ伝送のタイミングで、伝送が開始され、状態感知データの線に発電部状態出力として出現する。コンピュータが発電部状態出力を受け取った後に、電源接続信号とクロック及びその他の信号は停止状態に戻る。

図６は、図４の発電部特定回路４０４内の発電部識別番号の比較回路の例を示すブロック図である。特定信号の後部データがシフトレジスタ６０１に入力し、ラッチ６０２において図５の特定信号ラッチのタイミングでラッチされ、並列出力される。この並列出力は、ＥＸＯＲ並列比較部６０３で発電部識別番号と比較され、一致出力がＩＤ比較出力として出る。このＩＤ比較出力でマルチバイブレータ６０４を駆動して、適当な長さの発電部状態感知信号を作る。

図７は、以上説明した図２の風力発電部２ｂ、図４の感知スイッチ４０２、充電回路４０１、及び発電部特定制御部４００を内蔵した発電部７０１を多数集積した集積型発電システムを示す図である。ここでは、発電部状態を感知する監視用コンピュータ７０２があって、Ｖ、Ｄ、Ｇと記号の付いた線の内、線Ｇと線Ｄに接続している。このＶ、Ｄ、Ｇの各線は、図４の同記号の線に対応している。この例では、横一列に並列に並んだ発電部７０１を監視している。線Ｖは、発電出力の高電位側（ハイ）線、線Ｇは、発電出力の低電位側またはグランド（ロー）線であり、線Ｄは、コンピュータ７０２からのデータが送られる状態感知データ線である。図７は線Ｇが共通な３線式である。

図８は、風力発電部及び発電部状態感知部からなる発電部８０１を多数集積した集積型発電システムを示す図であり、線Ｖ及び線Ｇの２線式の例である。発電部８０１は、図７と同様に図２の風力発電部２ｂ、図４の感知スイッチ４０２、充電回路４０１、及び発電部特定制御部４００を内蔵している。線Ｇは、電力供給線の低電位側線及び、コンピュータ８０２からの状態感知データの送信グランド線として共通に使用するのは、図７と同じである。ここでは、線Ｖが電力供給線の高い電位側線（ハイ）とコンピュータ８０２からのデータが送られる状態感知データ線として共通に使われている。これは、電力供給線である線Ｖの電力は直流であるのに対して、コンピュータ８０２からの状態感知データは高い周波数であることを利用すれば、線Ｖに直流と高周波が重畳しても、低域通過フィルタ８０３を通過した後に電力供給端に得られる電力は、容易に直流電力が得られるためである。

図９では、複数（例では行方向に４台）の発電部９０１をまとめたグループとし、グループ毎に行番号特定回路９００を設け、これをコンピュータ９０２から感知するものである。このようにすると、発電部特定制御部が階層構造化され、回路の簡略化と同時に動作する発電部特定制御部が少なくなり、省電力を図ることができる。この例では、９０３は、充電回路であって、個々の発電部９０１の外側に付設してあり、図４の充電回路４０１に対応する。この実施態様では、グループ毎に感知するが、行番号特定回路９００の中に図４の感知スイッチ４０２、及び発電部特定制御部４００を内蔵している。

図１は、行と列に配列してマトリックス状にした一実施態様を示すものである。多数の発電部１０１が行と列に配列されている。図４では、感知スイッチ４０２の第２のスイッチ４１０が一個で構成され、発電部特定回路の出力４０８で駆動されていたが、図１では、発電部状態感知部のスイッチは、直列に接続された第３のスイッチ１０３と第４のスイッチ１０４からなっている。当然のことながら、各発電部１０１毎に第３のスイッチ１０３と第４のスイッチ１０４が有り、各スイッチの一端は、発電部の状態被感知部位（ここでは、電池の高電位端子）に接続し、他端は出力線１０５に接続され、出力処理部１０６を経て、コンピュータ１０２への線Ｄに接続されている。出力処理部１０６は、図４の感知スイッチ４０２内部の出力処理部４１１と同じである。発電部の行の数だけ行番号特定回路１、２、・・・１０７があり、この構成内容は、図４の発電部特定制御部４００と同じ機能のものが収納されている。線Ｄを介し、コンピュータ１０２から受け取った特定信号入力にある行番号データから、一致出力４０８に相当する行選択信号１０８を作成し、図１では各第３のスイッチ１０３のゲートに接続されている。同様に、発電部の列の数だけ列番号特定回路１、２、・・・１０９があり、行番号特定回路１０７と同様な構成で、コンピュータから受け取った特定信号入力にある列番号データから、一致出力４０８に相当する列選択信号１１０を作成し、図１では各第４のスイッチ１０４のゲートに接続されている。このように構成しているので、コンピュータ１０２からの指示された行と列の番号に対応する列と行にある第３のスイッチ１０３と第４のスイッチ１０４が共に接続して、対応した発電部１個の状態の把握データが線Ｄを介して、コンピュータ１０２に送られる。このようにすると、Ｍ行、Ｎ列では、図７のようなグループや階層の無い構成では、（Ｍ×Ｎ）個の発電部特定制御部４００が必要であるが、図１では、発電部特定制御部４００と同等の構成の行番号特定回路１０７または列番号特定回路１０９が（Ｍ＋Ｎ）個で十分となり、回路数の削減と消費電力の削減を図ることができる。

以上説明した図７、図８、図９、図１では、主に風力発電部を使用した例を説明したが、風力発電部を太陽電池、その他の発電装置に置き換えれば、容易に太陽電池、その他の発電装置を用いた集積型発電システムが構成できることは言うまでも無い。太陽電池では，そのものがダイオードから構成されるので、図３の整流用のダイオードＤ１〜Ｄ６は必要が無い。風力発電に関連したコイルＬ１、Ｌ２，Ｌ３も太陽電池では、不要であるのは当然である。また、風力発電、太陽電池、その他の混用でも応用が可能である。また、状態感知データの形態としては、デジタルのデータを送付する場合、「１」と「０」に周波数の異なる正弦波を用いた周波数変調データを使うなど種々の扱いが可能である。尚、今までの説明では、コンピュータとの状態感知データは、線Ｄや、線Ｖを介した有線の送信／受信であったが、これを無線通信での送信／受信を行うことも可能である。その場合は、コンピュータ側と発電部側に無線通信回路を付加すればよい。以上の説明で使われた発電部の最小単位は、風力発電部の場合には、羽根による回転体１体を有するものと考えることができるし、太陽電池の場合には、区分して状態管理と交換・修理が可能な単位として状態把握を行う。

発明の効果

以上説明したように、多数の発電部と感知スイッチと発電部特定制御部を集積して構成した発電システムにおいて、コンピュータからの信号により発電部特定制御部が指定した発電部の非感知部位の状態を感知スイッチで感知し、発電部の状態をコンピュータへ伝達することを可能としたので、故障または不良となっている発電部の状態を人手を介することなく簡単迅速に把握することができ、故障部の修理・交換がスムーズに行われて、保守コストを低減することが可能となり、多数の発電部を集積した発電システムが可能となった。
故障や不良部の発電部又は、発電部が集合したグループが遠隔に特定できるので保守コストが大幅に低減できるようになった。このような発電システムは、風力発電の場合には、風のある排風口や、高速交通路線のトンネルや沿線のガードレールや防音壁に設置して有効に電力を得て、周辺に電力を供給することに都合がよい。

本発明に係る発電部及び発電部状態感知部を多数集積した集積型発電システムの一実施態様を示す図である。本発明の一実施態様の風力発電部の正面図及び断面図である。図２の風力発電部の内部の整流回路、電圧安定化回路を含む発電制御部の電気回路の一実施態様を示す図である。図２の風力発電部の故障・不良の状態の感知部の一実施態様を示す発電部状態感知部のブロック図である。図４の発電部状態感知部のブロック図の信号の動作シーケンスを示すタイミング図の一実施態様を示す図である。図４の発電部状態感知部のブロック図の発電部特定回路内の発電部識別番号の比較回路の一実施態様を示すブロック図である。本発明に係る発電部及び発電部状態感知部を多数集積した集積型発電システムの一実施態様を示す図である。本発明に係る発電部及び発電部状態感知部を多数集積した集積型発電システムの一実施態様を示す図である。本発明に係る発電部及び発電部状態感知部を多数集積した集積型発電システムの一実施態様を示す図である。

符号の説明

１０１，７０１，８０１，９０１・・・発電部
１０２，７０２，８０２，９０２・・・コンピュータ
１０３・・・第３のスイッチ、１０４・・・第４のスイッチ
１０５・・・出力線、１０６・・・出力処理部
１０７・・・行番号特定回路、１０８・・・行選択信号
１０９・・・列番号特定回路、２０１・・・羽根、２０２・・・支持部
２０３・・・永久磁石、２０４・・・回転体、２０５・・・コイル
２０６・・・回転主軸、２０７・・・発電制御部収納部
４００・・・発電部特定制御部、４０１，９０３・・・充電回路
４０２・・・感知スイッチ、４０３・・・電源接続回路
４０４・・・発電部特定回路、４０５・・・接続信号作成部
４０６・・・第１のスイッチ、４０７・・・クロック発生部
４０８・・・一致出力、４０９・・・クロック出力
４１０・・・第２のスイッチ、４１１・・・出力処理部
６０１・・・シフトレジスタ、６０２・・・ラッチ
６０３・・・ＥＸＯＲ並列比較部、６０４・・・マルチバイブレータ
８０３・・・低域通過フィルタ、９００・・・行番号特定回路

Claims

複数の発電部と前記発電部の状態を感知する発電部状態感知部を集積して構成した発電システムにおいて、前記発電部状態感知部は、前記発電部の状態被感知部位の状態を感知し、前記発電部状態感知部とコンピュータ間での発電部状態感知データの送受信により、前記発電部の状態を前記コンピュータから遠隔的に把握可能とし、
前記発電部と前記発電部状態感知部の構成において、複数の前記発電部を行及び列のマトリックス状に配置し、前記発電部状態感知部に対応する行番号特定回路及び、列番号特定回路により前記発電部を選択把握するように構成したことを特徴とする集積型発電システム。
前記発電部状態感知部は、前記発電部の状態を感知するスイッチと；
前記発電部状態感知データのうち前記コンピュータから送られ、かつ感知される前記発電部を指定する特定信号から発電部状態感知信号を作成する発電部特定回路と；
を少なくとも含むことを特徴とする請求項１記載の集積型発電システム。
前記発電部状態感知信号は、前記発電部特定回路にあらかじめ設定された発電部識別番号（ＩＤ番号）との比較一致によるか；
又は、前記コンピュータから送られた前記特定データの順次指定により；作成されることを特徴とする請求項２記載の集積型発電システム。
前記発電部状態感知部は、前記発電部特定回路に供給する電源を接続する電源接続回路と、
前記発電部特定回路に供給するクロックを生成するクロック発生部とを有し、前記電源接続回路および前記クロック発生部は、前記特定信号から生成された信号により動作することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の集積型発電システム。