JP5555125B2

JP5555125B2 - 発電システム

Info

Publication number: JP5555125B2
Application number: JP2010230709A
Authority: JP
Inventors: 裕紀佐藤; 敏成百瀬
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: JP2012085468A

Description

本発明は、電力負荷が接続された電力系統に太陽光用電力変換装置を介して太陽光発電装置が接続され、前記太陽光発電装置にて発電した電力を前記電力負荷に供給自在な発電システムに関する。

上記のような発電システムは、例えば、図３に示すように、太陽光発電装置ＰＶが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１と太陽光発電用電力変換装置２とを介して電力系統３に接続されており、太陽光発電装置ＰＶにて発電された直流電力を太陽光発電用電力変換装置２にて交流電力に変換して電力負荷４に供給自在に構成されている。

最近では、環境意識の高まりから、上述のような、太陽光発電を用いたシステムの導入が進んでおり、今後、さらにＣＯ２排出量削減の観点から大量の太陽光発電装置が導入促進される可能性がある。太陽光発電装置の発電量は、日照量に影響されるため、天候の変化により大幅に変化する。そのため、電力系統の末端に大量の太陽光発電装置が導入された場合には、太陽光発電装置の出力変動を吸収するための電源装置を備える必要がある。
一方、近年、環境性、経済性から、天然ガス等を燃料とするガスエンジンを用いたエンジンコージェネレーションシステムの導入も進められている。そこで、図３中、点線で示すように、太陽光発電を用いたシステムに、エンジンコージェネレーションシステムＥＣを組み合わせて、エンジンコージェネレーションシステムＥＣにて太陽光発電装置の出力変動を吸収することが考えられる。

エンジンコージェネレーションシステムとしては、エンジンにて同期発電機を駆動させる同期発電機を用いたシステムが知られている。この同期発電機を用いたシステムでは、同期発電機にて一定周波数（５０〔Ｈｚ〕又は６０〔Ｈｚ〕）を出力するために、エンジンの回転速度が一定回転速度に制約されており、出力を定格から低下させる際に、発電効率が大きく低下することになる。
そこで、エンジンコージェネレーションシステムとして、発電効率の低下を防止しながら出力を変更させるために、エンジンにて二次励磁誘導発電機を駆動させる二次励磁誘導発電機を用いたシステムを用いることが考えられる（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載のシステムでは、二次励磁誘導発電機の二次巻線に供給する交流の周波数を制御することで、出力を定格から低下させる場合でも、一定周波数（５０〔Ｈｚ〕又は６０〔Ｈｚ〕）を出力しながら、効率の面から良好な回転速度でエンジンを運転させることができ、発電効率の低下を防止することができるようになっている。

特開２００６−１０１６３３号公報

上述の如く、太陽光発電を用いたシステムにエンジンコージェネレーションシステムを組み合わせたものでは、太陽光発電装置の出力が変動すると、その出力変動を吸収するように、エンジンコージェネレーションシステムにおけるエンジン出力を制御することになる。しかしながら、エンジン出力は、所望のエンジン出力に変更するようにエンジンの作動を制御してから、実際にエンジン出力を変更できるまでにはある程度の時間がかかる。即ち、応答遅れを伴う。したがって、比較的短時間で変動する太陽光発電装置の出力変動に対して、エンジンコージェネレーションシステムの出力変更の応答性が悪く、有効に太陽光発電装置の出力変動を吸収することが困難となっていた。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、太陽光発電装置の出力変動に対する応答性を向上して、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収すると共に、発電効率の低下を防止することができる発電システムを提供する点にある。

この目的を達成するために、本発明に係る発電システムの特徴構成は、電力負荷が接続された電力系統に太陽光用電力変換装置を介して太陽光発電装置が接続され、前記太陽光発電装置にて発電した電力を前記電力負荷に供給自在な発電システムにおいて、
前記電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁誘導発電機と、前記回転子を駆動するエンジンと、交流側が前記一次巻線に接続された第一電力変換機と、交流側が前記二次巻線に接続された第二電力変換機と、前記第一電力変換機の直流側と前記第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続され、前記二次巻線を励磁するために前記第二電力変換機を通じて前記二次巻線に交流電流を供給する蓄電装置と、エンジン出力を増減させるように前記エンジンの作動を制御するエンジン出力制御を行うとともに、前記第二電力変換機を制御して前記蓄電装置から前記二次巻線に供給される交流電流の周波数制御を行うことで前記二次励磁誘導発電機の発電電力の周波数を制御し、さらに前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力に応じて前記蓄電装置を充放電させるように前記第一電力変換機の作動を制御する充放電制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記エンジン出力制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と目標電力との差に応じてエンジン出力の増減量を制御し、前記充放電制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と前記目標電力との差、及び、前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力に基づいて、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力が前記目標電力となるように前記第一電力変換機を制御することにより前記蓄電装置の充放電量を制御している点にある。

太陽光発電装置の出力変動が生じると、電力系統と電力負荷との間の電力が変動するので、その電力と目標電力との間に太陽光発電装置の出力変動の大きさに応じた差が生じることになる。そこで、本特徴構成によれば、エンジン出力制御において、制御手段が電力系統と電力負荷との間の電力と目標電力との差に応じてエンジン出力の増減量を制御することで、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収するようにエンジン出力を増減させることができる。エンジン出力が増減すると、二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力も変動することから、その二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力変動分は、実際のエンジン出力の増減分に応じた大きさとなる。したがって、電力系統と電力負荷との間の電力と目標電力との差と、二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力変動分との間には、エンジン出力制御では吸収できない短時間の出力変動分の大きさに応じた差が生じることになる。そこで、本特徴構成によれば、充放電制御において、電力系統と電力負荷との間の電力と目標電力との差、及び、二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力に基づいて、電力系統と電力負荷との間の電力が目標電力となるように蓄電装置の充放電量を制御することで、エンジン出力制御では吸収できない短時間の出力変動分を適切に補うように蓄電装置の充放電量を制御することができる。

このようにして、エンジン出力制御によるエンジン出力の増減によって、太陽光発電装置の出力変動を吸収しながら、エンジン出力制御では吸収できない短時間の出力変動分については、充放電制御による蓄電装置の充放電によって補うことができる。また、第二電力変換機を制御して蓄電装置から二次巻線に供給される交流電流の周波数制御を行うことで二次励磁誘導発電機の発電電力の周波数を制御しているから、効率の良い運転条件でエンジンを運転させることができながら、発電機の出力を変更させることができる。したがって、発電機の出力を定格よりも低下させた部分負荷運転としても、発電効率を高い状態に維持することができる。すなわち本発明に係る発電システムによれば、太陽光発電装置の出力変動に対する応答性を向上して、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収すると共に、発電効率の低下を防止することができる。

太陽光発電装置にて発電した電力を電力負荷に供給自在な太陽光発電を用いたシステムが既に導入されている既設のシステムに対して、本発明に係る発電システムを追加で設けることができる。したがって、既設のシステムを有効に活用しながら、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収すると共に、発電効率の低下を防止することができる有用な発電システムを提供することができる。

本発明に係る発電システムの更なる特徴構成は、前記制御手段は、前記エンジン出力制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力が前記目標電力となっている状態で前記太陽光発電装置の出力が増加側に変動して前記電力系統と前記電力負荷との間の電力が前記目標電力よりも小さくなった場合には、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と前記目標電力との差に応じた前記エンジンの出力低下量を求め、前記出力低下量だけ前記エンジンの出力を低下させるべく前記エンジンの作動を制御し、前記充放電制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力が前記目標電力よりも小さい場合には、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と前記目標電力との目標差を求め、前記目標差と前記一次巻線側の電力との差を吸収するための前記蓄電装置の充電量を求め、前記充電量を前記蓄電装置に充電させるべく前記第一電力変換機の作動を制御している点にある。

太陽光発電装置の発電出力が増加側に変動すると、制御手段がエンジン出力制御を行うことで、その増加側への変動分だけエンジン出力を低下させるようにエンジンの作動が制御される。しかしながら、実際にエンジン出力が低下されるまでにはある程度の時間がかかるので、実際のエンジン出力は、太陽光発電装置の発電出力の増加に対して遅れて低下することになる。そこで、制御手段が充放電制御を行うことで、太陽光発電装置の発電出力の増加に対するエンジン出力の遅れ分だけ補うように蓄電装置に充電させている。
このようにして、制御手段がエンジン出力制御を行うことで、太陽光発電装置の出力変動分を吸収するように、エンジン出力を制御しながら、充放電制御を行うことで、エンジン出力制御では吸収できない短時間の太陽光発電装置の出力変動分を吸収するように、蓄電装置を充放電させることができる。したがって、太陽光発電装置の出力変動に対して応答性よく出力変更することができ、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収することができる。

本発明に係る発電システムの更なる特徴構成は、前記制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が下限設定量未満の場合には、エンジン出力を増大させるように前記エンジンの作動を制御するとともに、前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力を前記蓄電装置に充電させるように前記第一電力変換機の作動を制御する充電運転を実行可能で、前記蓄電装置の蓄電量が上限設定量以上の場合には、エンジン出力を低下させるように前記エンジンの作動を制御するとともに、前記蓄電装置から放電される電力を前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側に供給するように前記第一電力変換機の作動を制御する放電運転を実行可能に構成されている点にある。

本特徴構成によれば、蓄電装置の蓄電量が下限設定量未満の場合には、制御手段が充電運転を行うことで、蓄電装置への充電を行うことができる。蓄電装置に充電された電力は、制御手段が充放電制御を行うために用いることができるので、蓄電装置への充電を適切に行うことができながら、その充電された電力を有効に活用することができる。
蓄電装置の蓄電量が上限設定量以上の場合には、制御手段が放電運転を行うことで、蓄電装置からの放電を行うことができる。放電運転では、蓄電装置から放電される電力を二次励磁誘導発電機における一次巻線側に供給するので、蓄電装置から放電される電力を電力負荷に供給することができながら、蓄電装置からの放電を行うことができる。蓄電装置から放電される電力を二次励磁誘導発電機における一次巻線側に供給する場合には、その分だけ、二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力が増加するが、エンジン出力を低下させるので、二次励磁誘導発電機における一次巻線側の電力が必要以上に増加するのを防止することができる。

本発明に係る発電システムの概略構成を示す図本発明に係る発電システムにおいて太陽光発電装置の出力変動が生じた場合の出力の変化を示すグラフ従来の発電システムの概略構成を示す図

本発明に係る発電システムの実施形態について図面に基づいて説明する。
この発電システム１００は、図１に示すように、複数の太陽光発電装置ＰＶの夫々が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１と太陽光発電用電力変換装置２とを介して電力系統３に接続されている。発電システム１００は、太陽光発電装置ＰＶにて発電された直流電力を太陽光発電用電力変換装置２にて交流電力に変換して、電力を消費する電力負荷４に供給自在に構成されている。図１では、太陽光発電装置ＰＶを２つ設け、電力負荷４を３つ設けた例を示している。電力負荷４としては、電力を消費する各種の電力機器を適応することができ、例えば、冷暖房設備が備える室内機や室外機、或いは電灯等がある。

このような発電システムでは、天候の変化により太陽光発電装置ＰＶの出力が変動するので、その出力変動を吸収することが必要となる。そこで、本発明に係る発電システムでは、太陽光発電装置ＰＶの出力変動を吸収するために、エンジンコージェネレーションシステムＥＣが設けられている。

エンジンコージェネレーションシステムＥＣは、二次励磁誘導発電機（二重給電巻線型誘導発電機）５と、ガスエンジンＧＥと、第一電力変換機６と、第二電力変換機７と、蓄電装置８とを備えて構成されている。エンジンコージェネレーションシステムＥＣには、ガスエンジンＧＥのエンジン出力を増減させるようにガスエンジンＧＥの作動を制御するとともに、第一電力変換機６及び第二電力変換機７の作動を制御する制御装置１０（制御手段に相当する）が備えられている。

二次励磁誘導発電機５は、電力系統（商用電力系統）３と同じ周波数（例えば、５０［Ｈｚ］や６０［Ｈｚ］）の電力（三相の交流電力）を発電し、その電力を電力負荷４や電力系統３に供給自在に構成されている。二次励磁誘導発電機５は、一次巻線（図示せず）を備える固定子５ｂ（ステータ）と、二次巻線（図示せず）を備える回転子５ａ（ロータ）とを有している。固定子５ｂが備える一次巻線は、電力系統３及び電力負荷４に接続されている。一方、回転子５ａが備える二次巻線は、第二電力変換機７、直流部９、第一電力変換機６を介して電力系統３及び電力負荷４に接続されている。

二次励磁誘導発電機５について、固定子５ｂが備える一次巻線側を「二次励磁誘導発電機の一次側」とし、回転子５ａが備える二次巻線側を「二次励磁誘導発電機の二次側」としている。したがって、二次励磁誘導発電機５の一次側の電力（電圧、電流）の周波数が、電力負荷４や電力系統３に供給される電力の周波数となる。

ガスエンジンＧＥは、二次励磁誘導発電機５の回転子５ａに機械的に連結されており、回転子５ａを回転駆動する。ガスエンジンＧＥの出力軸は、回転子５ａと一体回転するように直結されており、ガスエンジンＧＥの回転速度と回転子５ａの回転速度とは等しくなるように構成されている。ガスエンジンＧＥは、例えば、都市ガスを燃料とするエンジンであり、電力と熱との双方を供給自在なコージェネレーションシステムの駆動源として設けられている。ちなみに、ガスエンジンＧＥに代えて、ガソリン、軽油、重油等を燃料とするエンジンとすることも可能である。

第一電力変換機６の交流側（図１における上側）が、二次励磁誘導発電機５の固定子５ｂ（一次巻線）に接続されているとともに、電力系統３及び電力負荷４に接続されている。第一電力変換機６の直流側（図１における下側）が直流部９に接続されている。第二電力変換機７の交流側（図１における下側）が、二次励磁誘導発電機５の回転子５ａ（二次巻線）に接続されている。第二電力変換機７の直流側（図１における上側）が直流部９に接続されている。第一電力変換機６及び第二電力変換機７の夫々は、直流側の直流電力を交流電力に変換（逆変換）して交流側に供給するインバータとしての機能と、交流側の交流電力を直流電力に変換（順変換）して直流側に供給するコンバータとしての機能との双方を果たすことが可能に構成されている。このような第一電力変換機６や第二電力変換機７は、例えば、複数（例えば６個）のスイッチング素子を備えて構成されている。

直流部９は、第一電力変換機６の直流側と第二電力変換機７の直流側とを接続する部分である。直流部９には蓄電装置８が接続されている。蓄電装置８は、例えば、蓄電池や電気二重層キャパシタ等で構成され、直流部９に対して電力を供給して放電すること、及び直流部９から電力の供給を受けて充電することが可能に構成される。

図１では、図示を省略しているが、この発電システム１００には、固定子５ｂが備える一次巻線と電力系統３との接続を断続するスイッチが備えられているとともに、所定の周波数成分を除去するフィルタや変圧器等も必要に応じて所望の箇所に備えられている。

エンジンコージェネレーションシステムＥＣは、発電電力の周波数（電圧、電流の周波数）に関して自由度の高いシステムとなっている。この点については、上記特許文献１にも記載されているように、公知技術であるので、詳細な説明は省略して簡単に説明する。

エンジンコージェネレーションシステムＥＣの発電電力の周波数（二次励磁誘導発電機５の一次側に誘起される一次側電圧）をｆ１とし、回転子５ａの回転周波数をｆ０とし、回転子５ａの二次巻線を励磁するために二次巻線に供給される交流電流（交流電圧）の周波数をｆ２とすると、「ｆ１＝ｆ０＋ｆ２」となる。
ここで、回転子５ａの回転周波数ｆ０は、回転子５ａの回転速度をｍ［ｒｐｍ］とし、二次励磁誘導発電機５の磁極数をｎとして、「ｆ０＝ｍ×ｎ／１２０」から求まる。

例えば、回転子５ａの回転速度が１１００［ｒｐｍ］であり、二次励磁誘導発電機５の磁極数が「６」の場合には、回転子５ａの回転周波数ｆ０は５５［Ｈｚ］となる。よって、この場合に、制御装置１０が第二電力変換機７を制御して二次巻線に周波数が５［Ｈｚ］の交流電流（交流電圧）を供給すれば（ｆ２＝５［Ｈｚ］）、周波数が６０［Ｈｚ］の交流電力を得ることができる。また、逆に、制御装置１０が第二電力変換機１２を制御して二次巻線から周波数が５［Ｈｚ］の交流電流（交流電圧）を取り出せば（ｆ２＝−５［Ｈｚ］）、周波数が５０［Ｈｚ］の交流電力を得ることができる。

このように、ガスエンジンＧＥを効率の面で良好となる一定の回転速度にて運転させて、回転子５ａの回転速度を一定としても、回転子５ａの二次巻線に供給する交流電流の周波数ｆ２（上記のように、二次巻線から交流電流を取り出す場合には負の値となる。）を変えることで発電電力の周波数ｆ１を変化させることができる。これにより、効率の良い運転条件でガスエンジンＧＥを運転させることができながら、エンジンコージェネレーションシステムＥＣの出力を変更させることができる。したがって、エンジンコージェネレーションシステムＥＣの出力を定格よりも低下させた部分負荷運転としても、発電効率を高い状態に維持することができる。

この本発明に係る発電システム１００では、太陽光発電装置ＰＶの出力変動を吸収するために、エンジンコージェネレーションシステムＥＣが備えられている。エンジンコージェネレーションシステムＥＣの運転を制御する制御装置１０は、エンジン出力を増減させるようにガスエンジンＧＥの作動を制御するエンジン出力制御を行うとともに、二次励磁誘導発電機５における固定子５ｂの一次巻線側の電力に応じて蓄電装置８を充放電させるように第一電力変換機６の作動を制御する充放電制御を行う出力変動吸収運転を行うように構成されている。この出力変動吸収運転を行うために、制御装置１０には、エンジン出力制御を行うエンジン出力制御部１１と充放電制御を行う充放電制御部１２とが備えられている。

出力変動吸収運転におけるエンジン出力制御では、エンジン出力制御部１１が、電力系統３と電力負荷４との間の電力と目標電力（例えば、ゼロ又は任意の一定値）との差に応じてエンジン出力の増減量を制御している。電力系統３と電力負荷４との間の第１電流検出点Ｄ１には、その第１電流検出点Ｄ１での電流の大きさ・向きを検出する第１電流センサ１３が設けられている。エンジン出力制御部１１は、その電流センサ１３にて検出した電流（電力系統３と電力負荷４との間の電力）と目標電流（目標電力）との目標差を求め、その目標差を吸収するためのエンジン出力の増減量を求め、その求めた増減量だけエンジン出力を増減させるべく、ガスエンジンＧＥの作動を制御するように構成されている。

第１電流検出点Ｄ１の電流が目標電流となっている状態で太陽光発電装置ＰＶの出力が低下側に変動すると、電力系統３から供給される電力が増加するので、第１電流検出点Ｄ１の電流が目標電流よりも増加する。そこで、第１電流センサ１３にて検出した電流が目標電流よりも大きい場合には、エンジン出力制御部１１が、第１電流センサ１３にて検出した電流と目標電流との目標差に応じたエンジン出力の増加量を求め、その求めた増加量だけエンジン出力を増加させるべく、ガスエンジンＧＥの作動を制御している。
逆に、第１電流検出点Ｄ１の電流が目標電流となっている状態で太陽光発電装置ＰＶの出力が増加側に変動して、第１電流センサ１３にて検出した電流が目標電流よりも小さくなった場合には、エンジン出力制御部１１が、第１電流センサ１３にて検出した電流と目標電流との目標差に応じたエンジン出力の低下量を求め、その求めた低下量だけエンジン出力を低下させるべく、ガスエンジンＧＥの作動を制御している。

出力変動吸収運転における充放電制御では、充放電制御部１２が、電力系統３と電力負荷４との間の電力と目標電力との差、及び、二次励磁誘導発電機５における固定子５ｂの一次巻線側の電力に基づいて、電力系統３と電力負荷４との間の電力が目標電力となるように蓄電装置８の充放電量を制御している。二次励磁誘導発電機５における固定子５ｂの一次巻線側の第２電流検出点Ｄ２には、電流の大きさ・向きを検出する第２電流センサ１４が設けられている。充放電制御部１２は、第１電流センサ１３にて検出した電流と目標電流との差、及び、第２電流センサ１４にて検出した電流に基づいて、第１電流センサ１３にて検出する電流が目標電流となるように蓄電装置８の充放電量を求め、その求めた充放電量だけ蓄電装置８から充放電させるべく、第一電力変換機６の作動を制御するように構成されている。

第１電流センサ１３にて検出した電流が目標電流よりも大きい場合には、充放電制御部１２が、第１電流センサ１３にて検出した電流と目標電流との目標差を求め、その求めた目標差と第２電流センサ１４にて検出した電流との差を補うための蓄電装置８の放電量を求め、その求めた放電量だけ蓄電装置８から二次励磁誘導発電機５における固定子５ｂの一次巻線に供給するべく、直流部９の直流電力を交流電力に変換して二次励磁誘導発電機５における固定子５ｂの一次巻線に供給するインバータとして機能するように第一電力変換機６の作動を制御している。
逆に、第１電流センサ１３にて検出した電流が目標電流よりも小さい場合には、充放電制御部１２が、第１電流センサ１３にて検出した電流と目標電流との目標差を求め、その求めた目標差と第２電流センサ１４にて検出した電流との差を吸収するための蓄電装置８の充電量を求め、その求めた充電量だけ蓄電装置８に充電させるべく、二次励磁誘導発電機５における固定子５ｂの一次巻線の交流電力を直流電力に変換して直流部９に供給するコンバータとして機能するように第一電力変換機６の作動を制御している。

図２（ａ）は、本発明に係る発電システム１００において、太陽光発電装置ＰＶの出力が低下側に変動した場合の出力の変化を示している。図中実線で示すＰ１は太陽光発電装置ＰＶの発電出力であり、図中太線点線で示すＰ２はガスエンジンＧＥに対して指令するエンジン出力の出力指令値であり、図中細線点線で示すＰ３は実際のガスエンジンＧＥのエンジン出力であり、図中一点鎖線で示すＰ４は蓄電装置８の出力を示している。

太陽光発電装置ＰＶの発電出力Ｐ１が低下側に変動すると、エンジン出力制御部１１がエンジン出力制御を行うことで、その低下側への変動分だけエンジン出力を増加させるように出力指令値Ｐ２がガスエンジンＧＥに指令される。しかしながら、実際にエンジン出力が増加されるまでにはある程度の時間がかかるので、実際のエンジン出力Ｐ３は、発電出力Ｐ１の低下に対して遅れて増加することになる。そこで、充放電制御部１２が充放電制御を行うことで、発電出力Ｐ１の低下に対するエンジン出力Ｐ３の遅れ分だけ補うように蓄電装置８の出力Ｐ４を増加させている。したがって、エンジン出力Ｐ３の増加分と蓄電装置８の出力Ｐ４の増加分とで発電出力Ｐ１の低下側への変動分を吸収することができる。このように、エンジン出力制御と充放電制御を行うことで、発電出力Ｐ１の低下側への変動分を吸収した以降は、エンジン出力制御によるエンジン出力の増加のみによって発電出力Ｐ１の低下側への出力変動を吸収することができる。そこで、制御装置１０が、蓄電装置８の充放電量がゼロとなるように第一電力変換機６の作動を制御して、エンジン出力Ｐ３の増加に伴って蓄電装置８の出力Ｐ４を低下させている。

図２（ｂ）は、本発明に係る発電システム１００において、太陽光発電装置ＰＶの出力が増加側に変動した場合の出力の変化を示している。図中実線で示すＰ１は太陽光発電装置ＰＶの発電出力であり、図中太線点線で示すＰ２はガスエンジンＧＥに対して指令するエンジン出力の出力指令値であり、図中細線点線で示すＰ３は実際のガスエンジンＧＥのエンジン出力であり、図中一点鎖線で示すＰ４は蓄電装置８の出力を示している。

太陽光発電装置ＰＶの発電出力Ｐ１が増加側に変動すると、エンジン出力制御部１１がエンジン出力制御を行うことで、その増加側への変動分だけエンジン出力を低下させるように出力指令値Ｐ２がガスエンジンＧＥに指令される。しかしながら、実際にエンジン出力が低下されるまでにはある程度の時間がかかるので、実際のエンジン出力Ｐ３は、発電出力Ｐ１の増加に対して遅れて低下することになる。そこで、充放電制御部１２が充放電制御を行うことで、発電出力Ｐ１の増加に対するエンジン出力Ｐ３の遅れ分だけ補うように蓄電装置８の出力Ｐ４を低下させている。したがって、エンジン出力Ｐ３の低下分と蓄電装置８の出力Ｐ４の低下分とで発電出力Ｐ１の増加側への変動分を吸収することができる。ここで、図２（ｂ）では、蓄電装置８の出力Ｐ４がマイナス側となっているので、蓄電装置８に充電している状態を示している。このように、エンジン出力制御と充放電制御を行うことで、発電出力Ｐ１の増加側への変動分を吸収した以降は、エンジン出力制御によるエンジン出力の低下のみによって発電出力Ｐ１の増加側への出力変動を吸収することができる。そこで、制御装置１０が、蓄電装置８の充放電量がゼロとなるように第一電力変換機６の作動を制御して、エンジン出力Ｐ３の低下に伴って蓄電装置８の出力Ｐ４を増加させている。

このようにして、エンジン出力制御部１１がエンジン出力制御を行うことで、太陽光発電装置ＰＶの出力変動分を吸収するように、エンジン出力を制御しながら、充放電制御部１２が充放電制御を行うことで、エンジン出力制御では吸収できない短時間の太陽光発電装置ＰＶの出力変動分を吸収するように、蓄電装置８を充放電させることができる。したがって、エンジンコージェネレーションシステムＥＣとしては、太陽光発電装置ＰＶの出力変動に対して応答性よく出力変更することができ、太陽光発電装置ＰＶの出力変動を適切に吸収することができる。

制御装置１０は、太陽光発電装置ＰＶの出力変動分を吸収するように、エンジンコージェネレーションシステムＥＣの運転を制御する出力変動吸収運転に加えて、蓄電装置８に充電される充電運転、及び、蓄電装置８から放電させる放電運転を実行可能に構成されている。

蓄電装置８の蓄電量が下限設定量未満の場合に、制御装置１０が充電運転を行う。この充電運転では、制御装置１０が、エンジン出力を増大させるようにガスエンジンＧＥの作動を制御するとともに、二次励磁誘導発電機５における固定子５ｂの一次巻線側の電力を蓄電装置８に充電させるように第一電力変換機６の作動を制御するように構成されている。充電運転では、エンジン出力が増大されるので、二次励磁誘導発電機５における固定子５ｂの一次巻線側の電力は、太陽光発電装置ＰＶの出力変動分を吸収するための電力よりも大きくなり、余剰電力が存在することになる。そこで、制御装置１０が、その余剰電力を蓄電装置８に充電させるべく、二次励磁誘導発電機５における固定子５ｂの一次巻線の交流電力を直流電力に変換して直流部９に供給するコンバータとして機能するように第一電力変換機６の作動を制御している。

蓄電装置８の蓄電量が上限設定量以上の場合に、制御装置１０が放電運転を行う。この放電運転では、制御装置１０が、エンジン出力を低下させるようにガスエンジンＧＥの作動を制御するとともに、蓄電装置８から放電される電力を二次励磁誘導発電機５における固定子５ｂの一次巻線側に供給するように第一電力変換機６の作動を制御するように構成されている。放電運転では、エンジン出力が低下されるので、二次励磁誘導発電機５における固定子５ｂの一次巻線側の電力は、太陽光発電装置ＰＶの出力変動分を吸収するための電力よりも小さくなり、不足電力が存在することになる。そこで、制御装置１０が、その不足電力を蓄電装置８から放電させるべく、直流部９の直流電力を交流電力に変換して二次励磁誘導発電機５における固定子５ｂの一次巻線に供給するインバータとして機能するように第一電力変換機６の作動を制御している。

エンジンコージェネレーションシステムＥＣは、上述の如く、電力系統３に接続された状態でシステムを起動することが可能であるとともに、電力系統３と接続していない状態においても、制御装置１０が、ガスエンジンＧＥを駆動させるとともに、第一電力変換機６及び第二電力変換機７の作動を制御することで蓄電装置８から供給される電力を用いて、エンジンコージェネレーションシステムＥＣを起動（自立起動）することが可能に構成されている。したがって、電力系統３に停電等が生じた場合であっても、図外のスイッチ等により電力系統３との接続を解除した状態において、制御装置１０が、ガスエンジンＧＥを駆動させるとともに、第一電力変換機６及び第二電力変換機７の作動を制御して蓄電装置８から供給される電力を用いて、エンジンコージェネレーションシステムＥＣを起動させることができる。これにより、図示は省略するが、二次励磁誘導発電機５の固定子５ｂにおける一次巻線側に電力負荷が接続される場合に、電力系統３に停電等が生じた場合であっても、エンジンコージェネレーションシステムＥＣを起動させて、エンジンコージェネレーションシステムＥＣの出力を、二次励磁誘導発電機５の固定子５ｂにおける一次巻線側に接続された電力負荷に供給することができる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、制御装置１０がエンジン出力制御及び充放電制御を行うに当たり、電流センサ１３、１４を用いて電力として電流を検出しているが、この構成に代えて、電力として電圧を検出することもできる。

（２）上記実施形態では、制御装置１０には、エンジン出力制御を行うエンジン出力制御部１１と充放電制御を行う充放電制御部１２とを備えているが、１つの制御部が、エンジン出力制御と充放電制御との双方を行うように構成することもできる。

本発明は、電力負荷が接続された電力系統に太陽光用電力変換装置を介して太陽光発電装置が接続され、前記太陽光発電装置にて発電した電力を前記電力負荷に供給自在であり、太陽光発電装置の出力変動に対する応答性を向上して、太陽光発電装置の出力変動を適切に吸収すると共に、発電効率の低下を防止することができる各種の発電システムに適応可能である。

３電力系統
４電力負荷
５二次励磁誘導発電機
５ａ回転子
５ｂ固定子
６第一電力変換機
７第二電力変換機
８蓄電装置
９直流部
１０制御装置（制御手段）
ＧＥガスエンジン（エンジン）
ＰＶ太陽光発電装置

Claims

電力負荷が接続された電力系統に太陽光用電力変換装置を介して太陽光発電装置が接続され、前記太陽光発電装置にて発電した電力を前記電力負荷に供給自在な発電システムであって、
前記電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と、二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁誘導発電機と、
前記回転子を駆動するエンジンと、
交流側が前記一次巻線に接続された第一電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第二電力変換機と、
前記第一電力変換機の直流側と前記第二電力変換機の直流側とを接続する直流部に接続され、前記二次巻線を励磁するために前記第二電力変換機を通じて前記二次巻線に交流電流を供給する蓄電装置と、
エンジン出力を増減させるように前記エンジンの作動を制御するエンジン出力制御を行うとともに、前記第二電力変換機を制御して前記蓄電装置から前記二次巻線に供給される交流電流の周波数制御を行うことで前記二次励磁誘導発電機の発電電力の周波数を制御し、さらに前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力に応じて前記蓄電装置を充放電させるように前記第一電力変換機の作動を制御する充放電制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記エンジン出力制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と目標電力との差に応じてエンジン出力の増減量を制御し、
前記充放電制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と前記目標電力との差、及び、前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力に基づいて、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力が前記目標電力となるように前記第一電力変換機を制御することにより前記蓄電装置の充放電量を制御している、
発電システム。
前記制御手段は、
前記エンジン出力制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力が前記目標電力となっている状態で前記太陽光発電装置の出力が増加側に変動して前記電力系統と前記電力負荷との間の電力が前記目標電力よりも小さくなった場合には、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と前記目標電力との差に応じた前記エンジンの出力低下量を求め、前記出力低下量だけ前記エンジンの出力を低下させるべく前記エンジンの作動を制御し、
前記充放電制御において、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力が前記目標電力よりも小さい場合には、前記電力系統と前記電力負荷との間の電力と前記目標電力との目標差を求め、前記目標差と前記一次巻線側の電力との差を吸収するための前記蓄電装置の充電量を求め、前記充電量を前記蓄電装置に充電させるべく前記第一電力変換機の作動を制御する、請求項１に記載の発電システム。
前記制御手段は、前記蓄電装置の蓄電量が下限設定量未満の場合には、エンジン出力を増大させるように前記エンジンの作動を制御するとともに、前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側の電力を前記蓄電装置に充電させるように前記第一電力変換機の作動を制御する充電運転を実行可能で、前記蓄電装置の蓄電量が上限設定量以上の場合には、エンジン出力を低下させるように前記エンジンの作動を制御するとともに、前記蓄電装置から放電される電力を前記二次励磁誘導発電機における前記一次巻線側に供給するように前記第一電力変換機の作動を制御する放電運転を実行可能に構成されている請求項１又は２に記載の発電システム。