JP4258452B2

JP4258452B2 - パワーコンディショナの制御装置、パワーコンディショナの制御方法およびコージェネレーションシステム

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Publication number: JP4258452B2
Application number: JP2004230408A
Authority: JP
Inventors: 信行豊浦; 雅夫馬渕; 健一井上; 耕太郎中村
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: JP2006050838A

Description

本発明は、パワーコンディショナの制御装置、パワーコンディショナの制御方法およびコージェネレーションシステムに関する。

近年、自家発電システムのーつにガスコージェネレーションシステムが注目されている。これは、天然ガス等を燃料として発電した電力を利用すると共に、その排熱を回収して湯沸かし等に利用するシステムである。

このシステムは、燃料エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機、発電機からの電力を商用電源と同期のとれた交流電力に変換する電力変換装置および商用電源の異常を検出する保護装置、排熱を回収する排熱回収装置で構成されている。上記の電力変換装置と保護装置を含めたものが、パワーコンディショナである。

太陽光発電システムでは、余剰に発電した電力は、系統に逆潮流することができる。しかしながら、ガスコージェネレーションシステムで発電した電力の逆潮流は認められていない。そこで、逆潮流を検知し、それを防止するための機能が必要となる。

そして、従来のパワーコンディショナの保護システムは、例えば、図１１に示すものと、図１２に示すものとが提案されている。

図１１に示すパワーコンディショナの保護システムは、商用電力系統４０と、この商用電力系統４０に連系されたパワーコンディショナ４１と、発電された電力をパワーコンディショナ４１に出力する発電システム４２と、排熱回収機４６と、商用電力系統４０のＵ相、Ｗ相のそれぞれの電流の向きと大きさを検出する電流検出器（ＣＴ）４３、４４と、パワーコンディショナ４１の出力が負荷４５を上回り、逆潮流が生じる場合には、電流検出器（ＣＴ）４３、４４の検出信号に基づいてパワーコンディショナ４１に停止信号Ｐを出力し、このパワーコンディショナ４１を停止させる逆電力継電器（ＲＰＲ）４７を備えている。

そして、パワーコンディショナ４１の出力が負荷４５を上回り、逆潮流が生じる場合には、逆電力継電器４７は電流検出器４３、４４の検出信号に基づいてパワーコンディショナ４１に停止信号Ｐを出力し、このパワーコンディショナ４１を停止させる。

また、図１２に示すパワーコンディショナの保護システムは、商用電力系統５０と、パワーコンディショナ５１と、商用電力系統５０とパワーコンディショナ５１の出力側５１Ａとを接点５２ａ、５２ｂに接続し且つ切片５２ｃをサーキットブレーカ５３を介して負荷５４に接続した切換スイッチ５２と、この切換スイッチ５２の切片５２ｃ側の電流の向きと大きさとを検出する電流検出器（ＣＴ）５５と、この電流検出器（ＣＴ）５５の検出信号に基づいて切換スイッチ５２のオン・オフ制御を行う制御装置５６とを備えている。

そして、電流検出器（ＣＴ）５５により負荷５４の電力を監視し、パワーコンディショナの保護システムがオーバーロードになる前に、制御装置５６が切換スイッチ５２を切り換えて、パワーコンディショナ５１を切り離し、商用電力系統５０から運転している。

ところで、上記した図１１に示すパワーコンディショナの保護システムにあっては、負荷変動範囲が広い場合、パワーコンディショナ４１の容量に調整を受けるか、作動しない時間が発生するし、また、ある程度の大きさの電力が常時必要なところでないと、パワーコンディショナ４１の有効利用ができないという問題点がある。また、上記した図１２に示すパワーコンディショナの保護システムにあっては、負荷５４の変動に対して負荷５４を高速で接続し、また、この接続を切断するという制御が必要であるため、制御装置５６が大型で且つ高価になるという問題点がある。

そこで、本出願人は、発電システムが発電した電力を商用電力系統に連系するパワーコンディショナを備えたコージェネレーションシステムであって、商用電力系統から負荷方向に供給する順潮流の電力が所定の電力以下になる場合に、パワーコンディショナの出力電力を調整するように制御することを特徴とするコージェネレーションシステムを既に提案している（特許文献１参照）。
特開２００２−２３８１６６号公報

上記先に提案しているコージェネレーションシステムでは、主として、発電システムが発電した電力を、商用電源と同期のとれた交流電力に変換する電力変換手段を制御することによって、パワーコンディショナの出力電力を調整して逆潮流を防止するようにしている。

したがって、負荷の変動に応じて、前記電力変換手段を制御することにより、逆潮流が防止されるのであるが、電力変換手段を制御すると、発電システムの発電電力が制御されることになり、発電システムが、例えば、家庭用で用いられる固体高分子形燃料電池では、燃料電池の化学反応のスピードが遅いため発電電力の急変に追従できないといった課題がある。

本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、発電システムの発電電力を急変させることなく、逆潮流を防止できるようにすることを目的としている。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

すなわち、本発明のパワーコンディショナの制御装置は、発電システムが発電した電力を商用電力系統に連系するパワーコンディショナの制御装置において、前記パワーコンディショナの出力電力が、負荷の消費電力を上回る場合に、前記負荷とは別の余剰電力消費手段に対して、サイクル制御によって前記出力電力を供給するものであって、前記パワーコンディショナが、前記負荷の方向から前記商用電力系統に流れる逆潮流の継続時間を計測して所定の時間を経過すると、当該パワーコンディショナの出力を停止する逆電力継電手段を備え、前記逆電力継電手段は、計測した前記逆潮流の継続時間が、前記所定の時間よりも短い一定時間に達したときには、前記サイクル制御のＯＮデューティを大きくして前記余剰電力消費手段に供給する電力を増やすものである。

発電システムは、燃料電池であるのが好ましい。また、余剰電力消費手段は、負荷の消費電力を上回るパワーコンディショナの出力電力(余剰電力)を消費するものであり、パワーコンディショナから電力が供給される電力消費部材と、該電力消費部材への電力の供給遮断を行うスイッチング素子とを含み、該スイッチング素子を、商用電源のゼロ電圧に同期してオンオフさせるのが好ましく、電力消費部材としては、ヒータ等が好ましく、スイッチング素子としては、ＳＳＲ等が好ましい。

また、前記パワーコンディショナが、前記発電システムが発電した電力を商用電源と同期のとれた交流電力に変換する電力変換手段と、前記商用電力系統の電力の向きと大きさを検出する検出手段と、この検出手段の検出出力に基づいて、前記余剰電力消費手段に供給する電力をサイクル制御する制御手段とを備えるものであるのが好ましい。

かかる構成によると、パワーコンディショナの出力電力が、負荷の消費電力を上回る場合に、負荷とは別の余剰電力消費手段に余剰の電力を供給するので、電力変換手段で変換される交流電力、したがって、発電システムの発電電力を制御することなく、逆潮流を防止することができる。

これによって、発電システムとして、例えば、家庭用で用いられる固体高分子形燃料電池では、燃料電池の化学反応のスピードが遅いため発電電力の急変に追従できないといった課題を解決できる。

しかも、ゼロ電圧に同期してオンオフするサイクル制御によって、余剰電力消費手段に余剰の電力を供給するので、電圧の高い状態でオンオフした場合のように、系統側に直流分の電流が流れるのを有効に防止して、系統連系の技術指針（ガイドライン）に規定する制限を満たすことができる。

また、本発明では、前記パワーコンディショナが、前記負荷の方向から前記商用電力系統に流れる逆潮流の継続時間を計測して所定の時間を経過すると、当該パワーコンディショナの出力を停止する逆電力継電手段を備えているので、故障などによって、逆潮流防止制御が働かず、逆潮流が所定の時間継続したときには、パワーコンディショナの出力を停止することができる。

また、本発明では、計測した前記逆潮流の継続時間が、前記所定の時間よりも短い一定時間に達したときには、前記サイクル制御のＯＮデューティを大きくして前記余剰電力消費手段に供給する電力を増やすものである。

かかる構成によると、逆潮流の継続時間が、パワーコンディショナの出力を停止させる所定の時間よりも短い一定時間に達したときには、サイクル制御のＯＮデューティを大きく、例えば、１００％にし、余剰電力消費手段に供給する電力を最大にするので、逆電力継電器（RPR）機能が働くことを未然に防止する。

また、本発明のパワーコンディショナの制御方法は、発電システムが発電した電力を商用電力系統に連系するパワーコンディショナの制御方法において、前記パワーコンディショナの出力電力が、負荷の消費電力を上回る場合に、前記負荷とは別の余剰電力消費手段に対して、サイクル制御によって前記出力電力を供給する制御方法であって、前記負荷の方向から前記商用電力系統に流れる逆潮流の継続時間を計測し、計測した前記逆潮流の継続時間が、所定の時間よりも短い一定時間に達したときに、前記サイクル制御のＯＮデューティを大きくして前記余剰電力消費手段に供給する電力を増やし、前記計測した前記逆潮流の継続時間が、前記所定の時間に達したときには、前記パワーコンディショナの出力を停止させるものである。

かかる構成によると、負荷変動に応じて、発電システムの発電電力を急変させることなく、逆潮流を防止することができる。更に、逆潮流の継続時間が、パワーコンディショナの出力を停止させる所定の時間よりも短い一定時間に達したときには、サイクル制御のＯＮデューティを大きく、例えば、１００％にし、余剰電力消費手段に供給する電力を最大にするので、逆電力継電器（RPR）機能が働くことを未然に防止する。

また、本発明のコージェネレーションシステムは、発電システムが、発電した電力を商用電力系統に連系するパワーコンディショナを備えたコージェネレーションシステムにおいて、前記パワーコンディショナの出力電力が、負荷の消費電力を上回る場合に、前記負荷とは別の余剰電力消費手段に対して、サイクル制御によって前記出力電力を供給するものであって、前記負荷の方向から前記商用電力系統に流れる逆潮流の継続時間を計測して所定の時間を経過すると、当該パワーコンディショナの出力を停止する逆電力継電手段を備え、前記逆電力継電手段は、計測した前記逆潮流の継続時間が、前記所定の時間よりも短い一定時間に達したときには、前記サイクル制御のＯＮデューティを大きくして前記余剰電力消費手段に供給する電力を増やすものである。

以上のように本発明によれば、パワーコンディショナの出力電力が、負荷の消費電力を上回る場合には、負荷とは別の余剰電力消費手段に余剰の電力を供給するので、電力変換手段で変換される交流電力、したがって、発電システムの発電電力を制御することなく、逆潮流を防止することができる。したがって、発電システムとして、例えば、燃料電池を用いたような場合に、負荷の急激な変動に応じて、燃料電池の発電電力を急変させて燃料電池の寿命を劣化させるといったことがない。

しかも、サイクル制御によって、余剰電力消費手段に余剰の電力を供給するので、電圧の高い状態でオンオフした場合のように、系統側に直流分の電流が流れるのを有効に防止することができる。

更に、逆潮流の継続時間が、パワーコンディショナの出力を停止させる所定の時間よりも短い一定時間に達したときには、サイクル制御のＯＮデューティを大きく、例えば、１００％にし、余剰電力消費手段に供給する電力を最大にするので、逆電力継電器（RPR）機能が働くことを未然に防止する。

以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

ここで、実施の形態の説明に先立って、前提となる構成が、本発明の実施の形態と共通する参考例について説明する。

（参考例）
図１は、参考例のコージェネレーションシステムと電力系統（商用電力系統）とを連系する系統連系システムの概略構成図である。この図１において、１は商用電源の単相３線式の商用電力系統であり、この商用電力系統１のＵ相と中性線Ｏとの間、および、Ｗ相と中性線Ｏとの間に、需要家負荷としての負荷２，３がそれぞれ接続してあり、更に、Ｕ相およびＷ相の電流を検出する電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２が設けられている。

この参考例のコージェネレーションシステムは、パワーコンデショナ４と発電システムとしての燃料電池５と図示しない排熱回収機と余剰電力消費手段６とを含んでいる。

パワーコンデショナ４は、燃料電池５が発電した電力を商用電源と同期のとれた交流電力に変換する電力変換手段としての昇圧(ＤＣ／ＤＣ)及びインバータ(ＤＣ／ＡＣ)回路７と、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２から商用電力系統１のＵ相、Ｗ相のそれぞれを流れる電流の向きと大きさの検出信号を入力するＵ相、Ｗ相それぞれのＣＴ入力回路（ＡＤコンバータ）８，９と、商用電力系統１のＵ相、Ｗ相のそれぞれの電圧（系統電圧）を検出信号として入力するＵ相、Ｗ相それぞれの電圧入力回路１０，１１と、余剰電力消費手段６のスイッチング素子としてのＳＳＲ１２と、このＳＳＲ１２のオンオフを制御するとともに、昇圧(ＤＣ／ＤＣ)及びインバータ(ＤＣ／ＡＣ)回路７を制御する制御部（ＭＰＵ）１３とを有している。

電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２、ＣＴ入力回路８，９および電圧入力回路１０，１１は、商用電力系統の電力の向きと大きさを検出する検出手段として機能する。

余剰電力消費手段６は、パワーコンディショナ４の出力電力が、負荷２，３の消費電力を上回る場合に、余剰電力を消費するものであり、この参考例では、余剰電力消費手段６の消費電力は、１ｋＷに構成されている。

この余剰電力消費手段６は、Ｕ相とＷ相との間に接続される電力消費部材としてのヒータ１４と、このヒータ１４に対する電力の供給遮断を行う上述のＳＳＲ１２とを備えている。この参考例では、ＳＳＲ１２は、ゼロクロス内蔵型であり、ヒータ１４は、例えば、貯湯槽内に設けられて、湯をつくるのに用いられる。

この参考例では、需要家負荷の変動による逆潮流を防止するために、燃料電池５の発電電力を急変させるといったことがないように、制御部１３は、昇圧(ＤＣ／ＤＣ)及びインバータ(ＤＣ／ＡＣ)回路７の出力電力を一定(この参考例では、１ｋＷ)にする一方、系統電力を監視してＳＳＲ１２のオンオフを制御してヒータ１４に供給する電力をサイクル制御している。

具体的には、矢符Ａで示される商用電力系統１から負荷の方向に供給する順潮流の電力が所定のレベルα(この参考例では５０Ｗ)になるように制御している。なお、図１においては、需要家負荷の消費電力を矢符Ｂで、パワーコンディショナ４の出力電力を矢符Ｃで、ヒータ１４の消費電力を矢符Ｄでそれぞれ示している。

更に、制御部１３は、逆電力継電手段としての逆電力継電器(ＲＰＲ)機能を有しており、逆潮流の電力が所定の動作レベル(この参考例では−２５Ｗ)よりも大きいときには、内蔵のタイマによって逆潮流の継続時間を計測し、この継続時間が、所定の時間(この参考例では５００ｍｓ)を越えたときには、パワーコンディショナ４の出力を停止するようにしている。

図２は、サイクル制御の動作タイミングを示す波形図であり、同図(ａ)は系統電圧、同図(ｂ)はＳＳＲ１２の駆動信号、同図(ｃ)はＳＳＲ１２の動作(ヒータ１４の消費電力)をそれぞれ示している。

この図２に示すように、制御部１３は、系統電圧が最大となるタイミングでオンオフのＳＳＲ駆動信号を生成し、系統電圧のゼロクロス(ゼロ電圧)のタイミングで、ＳＳＲ１２をオンオフさせるようにしており、オン期間を、系統の一周期単位としている。

このようにオン期間を、系統の一周期単位とすることによって、交流電力の＋側と−側との偏りによる負荷電流の直流成分の発生を防止している。

次に、この参考例の動作を、図３に示すフローチャートを参照して説明する。

先ず、制御部１３は、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２が接続されたＣＴ入力回路８，９および電圧入力回路１０，１１の出力に基づいて、系統電力(ＲＰｎ)をそれぞれ計測する(ステップｎ１)。

すなわち、商用電力系統１を流れる電流の向き（順方向もしくは逆方向）と大きさは、そのＵ相では電流検出器ＣＴ１により検出され、ＣＴ入力回路８を介して制御部１３に入力される一方、Ｗ相では、電流検出器ＣＴ２により検出され、ＣＴ入力回路９を介して制御部１３に入力される。

また、Ｕ相の電圧は、電圧入力回路１０を介して制御部１３に入力される一方、Ｗ相の電圧は、電圧入力回路１１を介して制御部１３に入力される。

制御部１３は、これら入力に基づいて、Ｕ相およびＷ相の系統電力をそれぞれ計測する(ステップｎ１)。

次に、上述の逆電力継電器(ＲＰＲ)機能によって、逆潮流の継続時間が所定の時間を越えたか否かのＲＰＲ判定処理などを行う(ステップｎ２)。

すなわち、計測した系統電力が逆潮流であるときには、その逆潮流の電力値と所定の動作レベルとを比較し、所定の動作レベルよりも大きいときには、逆潮流であるとして、内蔵のタイマによって、逆潮流の継続時間を計測し、この継続時間が、所定の時間を経過したか否かを判定するＲＰＲ判定処理を行うものである。

このＲＰＲ判定処理によって、所定の時間を経過したときには、制御部１３は、パワーコンディショナ４の出力を停止する。

これによって、故障などによって、逆潮流防止制御が働かなくなっても、逆潮流が所定の時間以上継続することがない。

この参考例では、逆潮流の電力値が、前記所定の動作レベルを下回ったときには、逆潮流はなくなったとして、タイマによる計測時間をリセット、すなわち、０クリアするようにしている。

このＲＰＲ判定処理は、各相の系統電力の和に対して行われるが、他の例として、Ｕ相およびＷ相の各相毎にそれぞれ行うようにしてもよい。

次に、計測した系統電力に基づいて、逆潮流を防止するためのサイクル制御のＯＮデューティの指令値を演算する逆潮流防止制御演算を行う(ステップｎ３)。すなわち、計測した系統電力(各相の系統電力の和)が、逆潮流防止制御量の目標値である上述の所定のレベルαになるように、余剰電力消費手段６に供給する電力を、ＰＩ制御するものである。

この参考例では、商用電力系統１から負荷方向に供給する順潮流の電力が所定のレベルαになるように、余剰電力消費手段６に対して供給する電力をサイクル制御するものである。

具体的には、サイクル制御のＯＮデューティの指令値Ｄｎを、次のようにして演算する。

ｅｎ＝ＲＰｎ−α
Ｅｎ＝Ｅ_ｎ−１＋ｅｎ
Ｄｎ＝Ｐ＊ｅｎ＋Ｉ＊Ｅｎ
ここで、α：順潮流の電力の所定のレベル(逆潮流防止制御量目標値)
ＲＰｎ：系統電力
ｅｎ：順潮流の電力の所定のレベルと系統電力の偏差
Ｅｎ：上記偏差の積算
Ｐ：比例ゲイン
Ｉ：積分ゲイン
ｎ：今回値
ｎ−１：前回値
このＯＮデューティの指令値の演算は、割り込み処理によって５ｍｓ毎に行い、系統の１周期毎に、ＳＳＲ１２のオンオフ制御を行う。

なお、系統電力ＲＰｎの計測値は、高速に変動するので、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を通すことにより、制御の安定性を図るようにしている。

この参考例では、上述のように、昇圧(ＤＣ／ＤＣ)及びインバータ(ＤＣ／ＡＣ)回路７の出力電力は、常に、１ｋＷであるので、例えば、需要家負荷が、８５０Ｗである場合に、所定のレベルαである５０Ｗの順潮流状態にするためには、２００Ｗ分をヒータ１４で消費させる必要があり、ＯＮデューティの指令値は、２０％となる。

なお、この参考例では、各相の系統電力の和が、所定のレベルαになるように、余剰電力消費手段６に供給する電力を制御したけれども、他の例として、Ｕ相およびＷ相の各相の系統電力の内、小さい方の系統電力の値が、所定のレベルになるようにＯＮデューティ指令値Ｄｎを演算してもよい。

次に、演算したＯＮデューティ指令値に従って、サイクル制御出力を行う(ステップｎ４)
図４は、このサイクル制御出力のフローチャートである。

上述のようにして演算したＯＮデューティ指令値Ｄｎを前回までのＯＮデューティの積算値ΣＤ_ｎ−１に加算して今回のＯＮデューティの積算値ΣＤｎとする(ステップｎ１１)。

次に、今回のＯＮデューティの積算値ΣＤｎが閾値である０％より大きいか否かを判断し(ステップｎ１２)、大きくないときには、ＳＳＲ駆動信号をＯＦＦし(ステップｎ１３)、大きいときには、ＳＳＲ駆動信号をＯＮし、今回の積算値から１００％を減算して今回の積算値を補正する(ステップｎ１４)。

かかるサイクル制御は、ＯＮデューティが、０％〜５０％の領域では、ＯＮ１回に対して数回のＯＦＦ、ＯＮデューティが５０％〜１００％の領域では、ＯＦＦ１回に対してＯＮ数回というパターンを持つ制御となる。

図５に、ＯＮデューティが、０％〜５０％の領域におけるＯＮデューティと周期(波数)との関係を示し、図６に、ＯＮデューティが、５０％〜１００％の領域におけるＯＮデューティと周期(波数)との関係を示しており、横軸がＯＮデューティを、縦軸が周期(波数)をそれぞれ示している。但し、図５は、ＯＮ１回に対する周期を、図６は、ＯＦＦ１回に対する周期をそれぞれ示している。

実際の制御では、周期(波数)は整数値であるので、周期が整数値で表せない場合には、表１および図７に示すような制御状態となる。表１では、図５および図６の条件と、実際の制御とを対比して示している。

この表１に示すように、例えば、ＯＮデューティが、１０％のときには、ＯＮ１回に対してＯＦＦ９回となって周期(波数)は、１０となり、ＯＮデューティが、２０％のときには、ＯＮ１回に対してＯＦＦ４回となって周期(波数)は、５となり、ＯＮデューティが、５０％のときには、ＯＮ１回に対してＯＦＦ１回となって周期(波数)は、２となり、ＯＮデューティが、８０％のときには、ＯＦＦ１回に対してＯＮ４回となって周期(波数)は、５となり、ＯＮデューティが、９０％のときには、ＯＦＦ１回に対してＯＮ９回となって周期(波数)は、１０となり、これらは、ＯＮデューティが、整数であるので、実際の制御も同じとなる。

一方、ＯＮデューティが、３０％のときには、周期(波数)が、３．３３…となるので、実際の制御では、ＯＮ３回に対してＯＦＦ７回の周期１０とし、ＯＮデューティが４０％であるときには、周期(波数)が、２．５となるので、実際の制御では、ＯＮ２回に対してＯＦＦ３回の周期(波数)５とし、ＯＮデューティが、６０％のときには、周期(波数)が２．５となるので、実際の制御では、ＯＦＦ２回に対してＯＮ３回の周期(波数)５とし、ＯＮデューティが、７０％のときには、周期(波数)が、３．３３…となるので、実際の制御では、ＯＦＦ３回に対してＯＮ７回の周期１０とする。

図７(ａ)，(ｂ)は、ＯＮデューティが４０％，７０％であるときのＳＳＲの動作(ヒータ１４の消費電力)を示しており、黒部分が、ＳＳＲ１４がＯＮしている期間を示している。

ＯＮデューティが４０％であるときには、図７(ａ)に示すように、２回に１回ＯＮと、３回に１回ＯＮとを繰り返し、ＯＮデューティが７０％であるときには、図７(ｂ)に示すように、４回に１回のＯＦＦと、３回に１回のＯＦＦと、３回に１回のＯＦＦとを繰り返す。なお、ＯＮデューティが、３０％のときには、ＯＮデューティが７０％のときのＯＮとＯＦＦとを入れ替えた状態となり、ＯＮデューティが、６０％のときには、ＯＮデューティが４０％のときのＯＮとＯＦＦとを入れ替えた状態となる。

このように同じＯＮデューティであっても、ＯＦＦの期間を分けてＯＦＦの継続期間を短くしており、これによって、ＳＳＲ１２をＯＦＦして逆潮流が生じてもその継続時間を短くできることになる。

図８は、この参考例の動作説明に供するタイムチャートであり、同図(ａ)は逆電力継電器(ＲＰＲ)機能のタイマによる計測値(カウント値)を、同図(ｂ)は逆潮流の電力が、所定の動作レベルを上回ったか否かの判定結果を、同図(Ｃ)は系統電力を、同図(ｄ)はＳＳＲ１２のオンオフを、同図(ｄ)はヒータ１４への供給電力をそれぞれ示している。

同図(ｂ)の判定結果は、逆潮流の電力が、所定の動作レベル(−２５Ｗ)を上回ったときをＮＧで、上回っていないときをＯＫでそれぞれ示している。また、同図(ｃ)では、負荷の大きさに対する瞬間の系統電力を太い実線Ｌ１で、パワーコンディショナの出力電力(１ｋＷ)−負荷電力(ＳＳＲがＯＦＦ時の電力)を破線Ｌ２で、系統から負荷への供給電力(ＳＳＲがＯＮ時の電力)を破線Ｌ３で、それぞれ示しており、また、上述の所定のレベルである逆潮流防止制御量α(５０Ｗ)、逆潮流の動作レベル(−２５Ｗ)を併せて示している。

ここで、需要家負荷は、パワーコンディショナ４の出力電力１ｋＷよりも小さいものであり、需要家負荷が、１ｋＷ以上であるときには、逆潮流が生じることもなく、余剰電力消費手段５に電力を供給する必要もない。

この図８においては、需要家負荷が小さく、ＯＮデューティが５０％を越える期間、需要家負荷が中レベルで、ＯＮデューティが５０％である期間、および、需要家負荷が大きく、ＯＮデューティが５０％未満である期間を、それぞれ示している。

需要家負荷が小さいときには、上述のように演算されるＯＮデューティが、５０％を越え、例えば、図８に示されるように、７５％となり、ＯＦＦ１回に対してＯＮ３回の周期４となり、系統電力の平均値は、所定のレベルである逆潮流防止制御量α(５０Ｗ)に制御されることになる。

また、ＳＳＲ１２がＯＦＦしている期間は、逆潮流が生じ、同図(ａ)に示すように、タイマが逆潮流の期間を計測するが、ＳＳＲ１２がＯＮすると、ヒータ１４に電力が供給されて逆潮流がなくなるので、同図(ａ)に示すように、タイマがリセットされる。

需要家負荷が中レベルであるときには、ＯＮデューティが、５０％となり、ＯＦＦ１回に対してＯＮ１回の周期２となり、系統電力の平均値は、所定のレベルである逆潮流防止制御量α(５０Ｗ)に制御されることになる。

需要家負荷が大きいときには、ＯＮデューティが、５０％未満、例えば、図８に示されるように、２５％となり、ＯＦＦ３回に対してＯＮ１回の周期４となり、系統電力の平均値は、所定のレベルである逆潮流防止制御量α(５０Ｗ)に制御されることになる。

このようにタイマは、逆潮流の電力値が、前記所定の動作レベルを下回ったときには、逆潮流はなくなったとして、計測時間をリセット、すなわち、０クリアするので、逆潮流の継続時間が、所定の時間を越えてパワーコンディショナ４の出力を停止するといったことがない。

以上のように、系統電力を監視し、所定のレベルの順潮流状態となるように、余剰電力消費手段６に余剰の電力をサイクル制御によって供給するので、燃料電池５の発電電力を制御することなく、逆潮流を防止することができることになり、これによって、燃料電池５の寿命を劣化させるといったことがない。

しかも、サイクル制御によって、余剰電力消費手段６に余剰の電力を供給するので、電圧の高い状態でオンオフした場合のように、系統側に直流分の電流が流れるのを有効に防止することができ、系統連系の技術指針（ガイドライン）に規定する制限を満たすことができる。

また、系統電圧のゼロクロスでスイッチングするので、ノイズや高調波電流が発生しにくく、スイッチングロスも少ない。

更に、１サイクル毎の制御となるので、約２０ｍｓ(５０Ｈｚ)の負荷変動となり、燃料電池側から見ると、インバータ回路がバッファとなり、負荷変動が小さなものになる。

また、ヒータ１４で消費した電力は、熱エネルギーとして、コージェネレーションシステムで使用するので、エネルギー効率の高いシステムとなる。

(実施の形態１)
図９は、本発明の実施の形態の図８に対応するタイムチャートであり、図１０は、上述の図４に対応するフローチャートである。

上述の参考例では、逆電力継電器(ＲＰＲ)機能のタイマは、逆潮流の継続時間を計測しているときに、逆潮流でなくなった時には、計測値をリセット(０クリア)したのに対して、この実施の形態では、計測値をリセットするのではなく、ダウンカウントするものである。

このため、図９に示すように、需要家負荷が大きい場合には、ＯＮデューティが小さくなって、逆潮流が生じるＯＦＦの期間が長くなり、図９(ａ)に示すようにタイマの計測値が大きくなって所定の時間に達してパワーコンディショナ４の出力を停止させる虞がある。

そこで、この実施の形態では、図１０に示すように、ＳＳＲ１２のオンオフを制御する前に、タイマの計測値が、所定の時間よりも短い一定の時間βよりも大きいか否かを判断し(ステップｎ９)、大きいときには、演算されたＯＮデューティの指令値の値に拘わらず、強制的にＯＮデューティの指令値Ｄｎを１００％とするものであり(ステップｎ１０)、その他の構成は、図４に示す上述の参考例と同様である。

このように、逆潮流の継続時間を計測するタイマの計測値が、所定の時間よりも短い一定の時間に達したときには、ＯＮデューティの指令値を、強制的に１００％とし、余剰電力消費手段６に供給する電力を、最大にしているので、逆潮流をなくしてタイマの計測値を減らすことが可能となる。

なお、この実施の形態では、タイマの計測値が、前記一定の時間に達したときには、ＯＮデューティの指令値を、１００％にしたけれども、１００％に限らず、５０％以上のＯＮデューティの指令値にするようにしてもよい。

また、上述の参考例においても、逆潮流の継続時間を計測するタイマの計測値が、所定の時間よりも短い一定の時間に達したときには、ＯＮデューティの指令値を、強制的に大きな指令値とするようにして、本発明の他の実施の形態としてもよい。

(その他の実施の形態)
上述の実施の形態では、燃料電池に適用して説明したけれども、発電システムは、燃料電池に限らず、ガスエンジンとこのガスエンジンで駆動される発電機や風力発電機等であってもよい。

上述の実施の形態では、１周期単位でＳＳＲをオンオフしたけれども、本発明の他の実施の形態として、半周期単位でオンオフしてもよい。

本発明は、単相のシステムに限らず、三相のシステムにも同様に適用できるものである。

上述の実施の形態では、所定のレベルαを、５０Ｗとしたけれども、５０Ｗに限らず、零以上の電力値としてもよい。

上述の実施の形態では、余剰電力消費手段では、お湯を作るようにしたけれども、本発明の他の実施の形態として、氷を作ったり、蓄電するようにしてもよい。

本発明の他の実施の形態として、商用電力系統から負荷の方向に供給する順潮流の電力が所定の電力以上であるときには、サイクル制御による余剰電力消費手段に対する電力の供給を行わず、所定の電力未満であるときに、サイクル制御による余剰電力消費手段に対する電力の供給を行うようにしてもよい。

本発明の他の実施の形態として、余剰電力消費手段のヒータ等とスイッチング素子とを、Ｕ相とＷ相とにそれぞれ設け、Ｕ相とＷ相との順方向の電力が、所定の電力となるように、それぞれサイクル制御してもよい。

本発明は、コージェネレーションシステムにおけるパワーコンディショナとして有用である。

参考例のコージェネレーションシステムの概略構成図である。サイクル制御の動作タイミングを示す波形図である。参考例の動作説明に供するフローチャートである。参考例のサイクル制御のフローチャートである。ＯＮデューティが、０％〜５０％の領域におけるＯＮデューティと周期(波数)との関係を示す図である。ＯＮデューティが、５０％〜１００％の領域におけるＯＮデューティと周期(波数)との関係を示す図である。ＯＮデューティが４０％と７０％のときのヒータの消費電力を示す図である。参考例の動作説明に供するタイムチャートである。本発明の他の実施の形態の図８に対応するタイムチャートである。図９の実施の形態の図３に対応するフローチャートである。従来例の構成図である。他の従来例の構成図である。

符号の説明

１商用電力系統
２，３負荷
４パワーコンディショナ
５燃料電池
６余剰電力消費手段
１２ＳＳＲ
１３制御部
１４ヒータ

Claims

発電システムが発電した電力を商用電力系統に連系するパワーコンディショナの制御装置において、
前記パワーコンディショナの出力電力が、負荷の消費電力を上回る場合に、前記負荷とは別の余剰電力消費手段に対して、サイクル制御によって前記出力電力を供給するものであって、
前記パワーコンディショナが、前記負荷の方向から前記商用電力系統に流れる逆潮流の継続時間を計測して所定の時間を経過すると、当該パワーコンディショナの出力を停止する逆電力継電手段を備え、
前記逆電力継電手段は、計測した前記逆潮流の継続時間が、前記所定の時間よりも短い一定時間に達したときには、前記サイクル制御のＯＮデューティを大きくして前記余剰電力消費手段に供給する電力を増やすことを特徴とするパワーコンディショナの制御装置。
発電システムが発電した電力を商用電力系統に連系するパワーコンディショナの制御方法において、
前記パワーコンディショナの出力電力が、負荷の消費電力を上回る場合に、前記負荷とは別の余剰電力消費手段に対して、サイクル制御によって前記出力電力を供給する制御方法であって、
前記負荷の方向から前記商用電力系統に流れる逆潮流の継続時間を計測し、計測した前記逆潮流の継続時間が、所定の時間よりも短い一定時間に達したときに、前記サイクル制御のＯＮデューティを大きくして前記余剰電力消費手段に供給する電力を増やし、前記計測した前記逆潮流の継続時間が、前記所定の時間に達したときには、前記パワーコンディショナの出力を停止させることを特徴とするパワーコンディショナの制御方法。
発電システムが、発電した電力を商用電力系統に連系するパワーコンディショナを備えたコージェネレーションシステムにおいて、
前記パワーコンディショナの出力電力が、負荷の消費電力を上回る場合に、前記負荷とは別の余剰電力消費手段に対して、サイクル制御によって前記出力電力を供給するものであって、
前記パワーコンディショナは、前記負荷の方向から前記商用電力系統に流れる逆潮流の継続時間を計測して所定の時間を経過すると、当該パワーコンディショナの出力を停止する逆電力継電手段を備え、前記逆電力継電手段は、計測した前記逆潮流の継続時間が、前記所定の時間よりも短い一定時間に達したときには、前記サイクル制御のＯＮデューティを大きくして前記余剰電力消費手段に供給する電力を増やすことを特徴とするコージェネレーションシステム。