JP5652749B2

JP5652749B2 - 発電システム

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Publication number: JP5652749B2
Application number: JP2010287982A
Authority: JP
Inventors: 市村　悟; 悟市村; 友範土屋; 峠田　直樹; 直樹峠田; 若山　義洋; 若山　　義洋; 濱谷　佳和; 佳和濱谷
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: JP2012138988A

Description

本発明は、燃料を消費することで発電する燃料発電装置（例えば燃料電池発電装置）と、自然エネルギー（例えば太陽光又は風力）を用いた自然発電装置（例えば太陽光発電装置又は風力発電装置）とを含む複数種類の分散型電源を電力系統と連系させた発電システムに関し、特に複数種類の分散型電源が同時発電中における電圧上昇抑制制御の実行に際し、その電圧上昇の状況に応じて迅速処理を可能とする技術に係る。

従来、太陽光発電により発電された直流電力を交流電力に変換すると共に、商用電力系統に電力を供給する系統連系制御を行うためにパワーコンディショナが用いられている。そして、太陽光発電装置による分散電源を電力系統と連系させる場合に、パワーコンディショナにより電圧上昇抑制制御を行うことが知られている（例えば特許文献１参照）。又、パワーコンディショナが複数存在する場合に、それぞれの運転データを集計するために通信回線を介して互いに送受信することも行われている(例えば特許文献２参照)。そして、前記の如き電圧上昇抑制制御を行うことにより太陽光発電モジュールでは発電電力が無駄に余ることとなり、この結果、発電効率の低下を招くことも報告されている（例えば特許文献３参照）。

特開２００８−３５６４０号公報ＷＯ２００６／０７５３７１号公報特許第３９４２４００号公報

ところで、系統電圧が変動し、その変動量が上昇側に閾値を超えた場合に、電圧上昇抑制制御が実行されることになるが、複数種類の分散型電源を電力系統と連系させた発電システムにおいて、系統電圧が閾値を超える度にそれぞれの分散型電源で画一的又は個別的に電圧上昇抑制制御を実行させることとすると、電圧上昇抑制制御が煩雑になったり、電圧上昇抑制の迅速化が図り得なくなったりする結果を招くおそれがある。

すなわち、系統電圧の変動は様々であり、電圧上昇しても短期間で元の通常電圧範囲に復帰することもあれば、長期間に亘り電圧上昇状態が持続することもある。このように短期間の電圧上昇に対しても、長期間に亘る電圧上昇と同様の電圧上昇抑制制御を画一的に実行させることとすると、煩雑なものとなったり、迅速性に欠けるものとなったりするおそれがある。

一方、燃料電池発電では、その起動や停止に手間と時間を要する上に、発電量の変更も緩やかにしか制御し得ないという事情もある。これに対し、太陽光発電の場合には、発電量の変更そのものはパワーコンディショナでの交流変換出力の変更により容易かつ速やかに可能であるという事情がある。さらに、燃料電池発電の場合には、通常は電力のみならず熱回収も行われ、回収熱が給湯等に利用されており、熱回収量(例えば貯湯量)が十分に蓄熱されている状態（満蓄状態）では、さらに発電が継続されると無駄に放熱しなければならない事態が生じることも考えられる。

したがって、複数の分散型電源にそれぞれ備えられているパワーコンディショナにより電圧上昇抑制制御が分散型電源毎に個別にかつ画一的に行われると、再度、電圧上昇させようとすると時間がかかったり、あるいは、回収熱の利用効率を損なったりすることにもなりかねない事態を招くことになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数種類の分散型電源を電力系統と連系させた発電システムにおいて、電圧上昇抑制制御の実行の際に、系統電圧の上昇発生の状況に応じた適切な電圧上昇抑制制御を実行させるようにした発電システムを提供することも目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、自然エネルギーを利用して発電する自然発電装置と、燃料を消費して発電する燃料発電装置とを電力系統に連系させてなる発電システムを対象にして次の特定事項を備えることとした。すなわち、前記自然発電装置に設けられたパワーコンディショナと、前記燃料発電装置に設けられたパワーコンディショナと、電圧上昇抑制制御を実行するための制御部とを備えることとする。そして、前記制御部として、前記自然発電装置及び燃料発電装置が同時発電運転中において前記電圧上昇抑制制御を実行する際には、前記自然発電装置の側のパワーコンディショナによる出力電圧の抑制処理を優先させるように双方のパワーコンディショナを連係制御する構成とする。

そして、前記制御部として、前記電圧上昇抑制制御を実行する際には、その電圧上昇抑制制御が必要となる前記電力系統の系統電圧の上昇状態の継続期間の長短に応じて、設定時間よりも短い短期間であれば前記自然発電装置の側のパワーコンディショナのみを対象にして前記電力系統に対する出力電圧の抑制処理を行う一方、設定時間よりも長い長期間に亘り前記上昇状態が継続すれば前記燃料発電装置側のパワーコンディショナを対象にして前記電力系統に対する出力電圧の抑制処理を許可する構成とした（請求項１）。例えば、前記設定時間が経過するまでは自然発電装置側のパワーコンディショナのみを対象にして前記電力系統に対する出力電圧の抑制処理を行う一方、前記設定時間が経過するまで出力電圧の抑制処理を実行しても、なおも電圧上昇抑制が必要なときは、前記燃料発電装置側のパワーコンディショナを対象にして前記電力系統に対する出力電圧の抑制処理を許可する。

本発明の場合、電圧上昇抑制制御を実行する際に、自然発電装置側の出力電圧の抑制処理を優先させることで、電力系統の系統電圧が上昇することにより電圧上昇抑制が必要になった場合でも、その電圧上昇状態が短期間であれば、自然発電装置側の電圧上昇抑制制御が優先されることになり、例えば自然発電装置側の出力電圧が低下されるものの燃料発電装置側の出力電圧は変更することなく同じ状態で発電が継続されることになる。この場合、自然発電装置側の出力電圧の低下や復帰という変更は燃料発電装置の側の出力電圧を低下等させる場合に比して極めて迅速に行うことができる上に、出力電圧の低下等の変更が緩速にしかできない燃料発電装置の側は出力電圧の変更を実施しないで済むため、系統電圧の電圧上昇抑制を極めて応答性よくかつ迅速に処理することが可能となる。しかも、電力系統の系統電圧の上昇の度に自然発電装置側及び燃料発電装置側の双方を対象にして画一的に電圧上昇抑制制御を繰り返す煩雑さも回避し得ることとなる。

本発明の発電システムにおいて、前記燃料発電装置として、発電に伴う排熱を回収して蓄熱する蓄熱部を備えたものとする一方、前記制御部として、前記電圧上昇抑制制御における例外処理を実行する例外処理部を備えたものとしてもよい。この場合、前記例外処理部として、前記電圧上昇抑制制御を実行する際に、燃料発電装置側での熱回収状況において前記蓄熱部による現在の蓄熱状況が満蓄状態であれば、前記自然発電装置側のパワーコンディショナを対象にした前記電力系統に対する出力電圧の抑制処理の優先実行をキャンセルし、代わりに、前記燃料発電装置側のパワーコンディショナを対象にして前記電力系統に対する出力電圧の抑制処理を優先させる連係制御を実行する構成とすることができる（請求項２）。

このようにすることにより、次の作用が得られることになる。すなわち、燃料発電装置側の蓄熱状況が満蓄状態にあるときには、熱回収の観点からは燃料発電装置側の出力電圧を通常の発電状態に維持しておく必要はなく、むしろ維持しておくと放熱運転を実施しなければならず、蓄熱を無駄に放出しなければならないことになる。そこで、このような状況にあるときには、自然発電装置側だけをまず出力低下させる等の自然発電装置側の出力電圧の抑制処理を優先させるという基本的な処理に対する例外として、前記の例外処理部による例外処理を実行させることで、燃料発電装置の側の熱回収の無駄を継続させることなく、熱回収効率の向上と系統電圧の電圧上昇抑制との双方を満足させ得ることになる。

なお、本発明における自然発電装置として、太陽光発電装置とすることができる（請求項３）。

以上、説明したように、本発明の発電システムによれば、電圧上昇抑制制御を実行する際に、自然発電装置側の出力電圧の抑制処理を優先させることで、電力系統の系統電圧が上昇することにより電圧上昇抑制が必要になった場合、その電圧上昇状態が短期間であれば、自然発電装置側の出力電圧を低下させるものの燃料発電装置側の出力電圧は変更することなく同じ状態で発電を継続させることができるようになる。このため、自然発電装置側の出力電圧の低下や復帰という変更は燃料発電装置の側の出力電圧を低下等させる場合に比して極めて迅速に行うことができる上に、出力電圧の低下等の変更が緩速にしかできない燃料発電装置の側は出力電圧の変更を実施しないで済むため、系統電圧の電圧上昇抑制を極めて応答性よくかつ迅速に処理することができるようになる。しかも、電力系統の系統電圧の上昇の度に自然発電装置側及び燃料発電装置側の双方を対象にして画一的に電圧上昇抑制制御を繰り返す煩雑さも回避することができるようになる。

特に請求項２によれば、燃料発電装置側の蓄熱状況が満蓄状態にあるときには、自然発電装置側だけをまず出力低下させる等の自然発電装置側の出力電圧の抑制処理を優先させるという基本的な処理に対する例外として、例外処理部による例外処理を実行させることで、燃料発電装置の側の熱回収の無駄を継続させることなく、熱回収効率の向上と系統電圧の電圧上昇抑制との双方を満足させることができるようになる。

請求項３によれば、本発明における自然発電装置として具体的に特定することができる。

本発明の発電システムの全体概念図を示す模式図である。図１の燃料電池発電装置の例を示す模式図である。図１のパワーコンディショナの例を示す模式図である。図１のいずれのパワーコンディショナが電圧上昇抑制制御を主導するかを設定するためのフローチャートである。各パワーコンディショナの制御部が備える電圧上昇抑制制御のフローチャートの第１部分である。各パワーコンディショナの制御部が備える電圧上昇抑制制御のフローチャートの第２部分である。各パワーコンディショナの制御部が備える電圧上昇抑制制御のフローチャートの第３部分である。系統電圧の変動と、自然発電装置の電圧出力及び燃料発電装置の電圧出力との関係を示すタイムチャートであり、図８（ａ）は電圧上昇変動が短期間の場合のタイムチャート、図８（ｂ）は電圧上昇変動が長期間の場合のタイムチャートである。図９（ａ）は図８（ｂ）のＡ部拡大説明図であり、図９（ｂ）は図６の例外状況が生じたときに実行される例外処理における、系統電圧の変動と、自然発電装置の電圧出力及び燃料発電装置の電圧出力との関係を示すタイムチャートである。電圧上昇抑制制御部と、複数のパワーコンディショナとの関係を示すものであり、図１０（a）は各パワーコンディショナに制御部（電圧上昇抑制制御部）が設けられた本実施形態の場合の例であり、図１０（ｂ）はいずれか１つのパワーコンディショナに制御部（電圧上昇抑制制御部）が設けられてこの１つの制御部により他のパワーコンディショナも制御される場合であり、図１０（ｃ）は１つの独立した制御部（電圧上昇抑制制御部）により複数のパワーコンディショナが制御される場合である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る発電システムを示す。この発電システムは、複数の分散型電源として自然エネルギー（例えば太陽光）を利用する自然発電装置（例えば太陽光発電装置）ＮＰ及び燃料を消費して発電する燃料発電装置として燃料電池発電装置ＦＰを備え、これらの複数の分散型電源が商用の電力系統１と系統連系されたものである。自然発電装置ＮＰ及び燃料電池発電装置ＦＰの両分散型電源はそれぞれパワーコンディショナ２を備えており、このパワーコンディショナ２により後述の如く各分散型電源側でのＤＣ−ＡＣ変換（交流変換）や電力制御が行われて家庭負荷３に対する配電と電力系統１への送電とが可能とされている。

図２は前記の燃料電池発電装置ＦＰとして固体酸化物型燃料電池による発電装置の例を示し、熱電併給が可能となっている。図中の符号４は電池本体であり、この電池本体４はセルスタック４１と、改質器４２と、空気用熱交換器４３とを備えている。この電池本体４に対する燃料ガス・空気・水蒸気等の供給及び排ガスの排出は、いずれも予熱・蒸発器５を通して行われるようになっている。この予熱・蒸発器５に対し燃料ガス回路６、改質用空気供給回路７及びカソード空気供給回路８が通される一方、予熱用の熱源として電池本体４の側から排ガスが導入されて水供給処理回路９に導出され、排ガス中の水分回収により得た純水が予熱・蒸発器５内の燃料ガス回路６に戻されて水蒸気改質用の水蒸気に変換されるようになっている。

上記セルスタック４１は、複数のセルが所定間隔ずつ隔てた状態で立設されて構成されており、各セルは小径円筒形状のアノード(燃料極)と、この外周側を覆う大径円筒形状のカソード(空気極)とが間に電解質を挟んだ状態で同心円状に一体化されたものである。アノードや、カソードはいずれもＮｉ等の金属酸化物を含有するセラミックスにより形成されたものであり、電解質は例えばＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）等の固体酸化物により形成されたものである。

セルのアノードの内孔に対し改質器４２から供給された燃料ガスが下端から上端に向けて流され、又、カソードの外周面に空気用熱交換器４３からカソード空気が供給されるようになっている。カソードではカソード空気の酸素が酸素イオンとなって電解質を通り、アノードでは燃料ガスの水素と反応して水（水蒸気）を生成する一方、その際に生じた電子が回路を通してカソード側に移動して酸素を再びイオン化するということを繰り返して発電される。アノードの内孔に供給された燃料ガスは上記反応に利用された後、オフガスとして改質器バーナに導かれて燃焼用の燃料として利用されるようになっている。又、カソード空気は上方に排気され、改質器バーナからの燃焼排ガスと共に、排ガスとして予熱・蒸発器５に送られるようになっている。その際、上記排ガスは空気を加熱するための熱源として空気用熱交換器４３を通過するようになっている。

燃料ガス回路６には、元ガス電磁弁やガバナ等からなる調整弁６１と、バッファータンク６２、ガス流量センサ６３、脱硫器６４及び逆止弁６５等とが介装され、予熱・蒸発器５に入る前に改質用空気供給回路７が合流するようになっている。改質用空気供給回路７には、図示省略のフィルタを通した大気を吸い込んで送給する改質用空気ブロワ７１と、バッファータンク７２と、改質空気用流量センサ７３及び逆止弁７４等とが介装されている。そして、改質用空気供給回路７が合流された燃料ガス回路６には、予熱・蒸発器５内において、水供給処理回路９からの純水が供給され、この純水が予熱・蒸発器５において水蒸気に蒸発した状態で改質器４２に送られるようになっている。カソード空気供給回路８には、改質用空気供給回路７と同様に、図示省略のフィルタを通した大気を吸い込んで送給するカソード空気ブロワ８１と、バッファータンク８２及びカソード空気用流量センサ８３等とが介装されている。

水供給処理回路９は、予熱・蒸発器５を通過した後の排ガスに含まれる水分の水回収、回収した凝縮水の精製及び精製後の純水の貯留、並びに、貯留した純水を水蒸気として再利用すべく上記予熱・蒸発器５への供給をそれぞれ行う回路である。水供給処理回路９には、排熱回収用熱交換器９１と、この熱交換器９１で集水された凝縮水を一時貯留するドレンタンク９２と、給水ポンプ９３と、純水に精製するための逆浸透膜（ＲＯ膜）やイオン交換膜等からなる水精製部９４と、純水流量を検出する純水流量センサ９５と、逆止弁９６とが上流側から順に介装されている。この水供給処理回路９から予熱・蒸発器５に供給された純水は予熱・蒸発器５で蒸発されて水蒸気になって改質器４２及び電池本体４のアノード側に供給されることになる。上記排熱回収用熱交換器９１では、予熱・蒸発器５で顕熱回収された後の排ガスの潜熱回収を行うことにより、貯湯ユニット１０側の循環回路１０１から排熱回収用熱交換器９１に循環供給される水を熱交換加熱するようになっている。

排熱回収用熱交換器９１での熱交換により加熱・昇温された湯が蓄熱部としての貯湯タンク１０２に戻されて貯留されることになる。これにより、燃料電池の排ガスからの熱回収が図られて、その回収熱が貯湯タンク１０２に湯の状態で蓄熱されることになる。貯湯ユニット１０の循環回路１０１には循環ポンプ１０３及び冷却用ラジエータ１０４が介装されている。循環ポンプ１０３が作動されると、貯湯タンク１０２の底部から湯水が取り出された後、排熱回収用熱交換器９１に送られ、この排熱回収用熱交換器９１で排ガスとの熱交換により加熱されて高温になった湯水が貯湯タンク１０２の頂部に戻されるように循環作動することになる。そして、補助熱源機１０４において、貯湯タンク１０２から導出された湯水を内蔵の燃焼バーナの燃焼熱により加熱し、所定温度まで補助加熱された後に図示省略の給湯栓等への給湯のために出湯したり、図示省略の浴槽に対し湯張り等のために出湯したりするようになっている。又、貯湯タンク１０２内の蓄熱量（所定温度以上の貯湯量）が十分な満蓄状態に至れば、そのままの状態では熱回収が不能となるため、さらなる熱回収を行うために冷却用ラジエータ１０４で湯を放熱した上で、熱回収用熱交換器９１に送られるようになっている。

以上の如く、燃料電池発電装置ＦＰにおいては、種々の構成要素が複雑に関係するため、発電運転のための起動又は停止、あるいは、その発電量の変更等にかなりの時間を要することになる。そして、貯湯ユニット１０の側では排熱回収により給湯，湯張り又は温水暖房の熱源としての給湯等のために熱利用を行っていたり、あるいは、このような熱利用のために貯湯タンク１０２での蓄熱量（所定温度以上の貯湯量）が不十分で、熱交換加熱により蓄熱を実行中であったり等の場合には、これらの熱需要を満たすために発電量の変更に際しては発電側の事情の他に熱利用の面からの事情をも考慮する必要がある。

図３は、パワーコンディショナ２の例を示し、このパワーコンディショナ２は自然発電装置ＮＰ又は燃料電池発電装置ＦＰにより発電される直流電力を所定電圧まで昇圧するコンバータ部２１と、昇圧された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ部２２と、電力系統１との間を開閉により解列（遮断）／接続切換する連系リレー部２３と、電圧上昇抑制制御部を含み前記のインバータ部２２等の出力制御を行う制御部２４とを備えて構成されている。そして、自然発電装置ＮＰ側のパワーコンディショナ２に設けられた制御部２４と、燃料電池発電装置ＦＰ側のパワーコンディショナ２に設けられた制御部２４とは通信線２５を介して相互通信可能に互いに接続されている。

電圧上昇抑制制御部による電圧上昇抑制制御は、系統電圧が所定の閾値（例えば１０７Ｖ未満）を超えるような電圧上昇を検知したときに、各分散型電源（自然発電装置ＮＰ又は燃料電池発電装置ＦＰ）側の出力電圧を下げてそのときの系統電力側の電圧値よりも低くなるようにパワーコンディショナ２の特にインバータ部２２で出力制御するようになっている。前記の電圧上昇の検知は、所定時間（例えば３０秒間）の間の平均の系統電圧が前記閾値を超えたことで、電圧上昇検知と確定して後述の電圧上昇抑制制御を開始するようになっている。

自然発電装置ＮＰ側のパワーコンディショナ２の制御部２４と、燃料電池発電装置ＦＰ側のパワーコンディショナ２の制御部２４とには互いに同じ電圧上昇抑制制御部が備えられているが、実際に前記の系統電圧が閾値を超える電圧上昇が検知された場合には、２つの制御部２４，２４が互いに連係して電圧上昇抑制制御を実行するようになっている。具体的には、２つの制御部２４，２４の内のいずれか一方の電圧上昇抑制制御部が電圧上昇抑制制御の実行を主導し、他方の電圧上昇抑制制御部は主導側の電圧上昇抑制制御部からの制御信号を通信線２５を介して受けて従属するようになっている。なお、いずれが主導するにしても、閾値以上の電圧を検出したことの情報は主導側及び従属側の双方間で互いに通信することにより情報共有するようになっている。

そして、制御部２４，２４の内のいずれが主導するかは、予め設定された設定情報（例えばＤｉｐスイッチによる設定等）に基づいて定められるか、あるいは、そのような事前の設定情報がなければ、前記の系統電圧が閾値を超える事態の発生をいずれのパワーコンディショナ２が先に検出したかによって定められるようになっている。

図４は、このような主導設定の処理の例を示し、まず前記の事前の設定情報により燃料電池発電装置ＦＰ側の制御部２４が主導するようになっているか否かを判定し（ステップＳ１）、燃料電池発電装置ＦＰ側の制御部２４が主導するように設定されているのであれば（ステップＳ１でＹＥＳ）、以後の電圧上昇抑制制御の実行は燃料電池発電装置ＦＰ側の制御部２４が主導するようにし（ステップＳ２）、逆に自然発電装置ＮＰ側の制御部２４が主導するように設定されているのであれば（ステップＳ１でＮＯ，ステップＳ３でＹＥＳ）、以後の電圧上昇抑制制御の実行は自然発電装置ＮＰ側の制御部２４が主導するようにする（ステップＳ４）。一方、そのような事前の設定情報が無ければ（ステップＳ３でＮＯ）、燃料電池発電装置ＦＰ及び自然発電装置ＮＰの双方で抑制すべき閾値以上の電圧を検出したか否かを判定し（ステップＳ５）。双方の側で検出され（ステップＳ５でＹＥＳ）、しかも同時検出の場合には燃料電池発電装置ＦＰの側が主導することと予め設定されているのであれば（ステップＳ６でＹＥＳ）、以後の電圧上昇抑制制御の実行は燃料電池発電装置ＦＰ側の制御部２４が主導するようにする（ステップＳ２）。逆に、同時検出の場合には自然発電装置ＮＰの側が主導することと予め設定されているのであれば（ステップＳ６でＮＯ）、以後の電圧上昇抑制制御の実行は自然発電装置ＮＰ側の制御部２４が主導するようにする（ステップＳ４）。一方、ステップＳ５で一方の側だけで閾値以上の電圧を検出した場合には（ステップＳ５でＮＯ）、それが燃料電池発電装置ＦＰ側で検出したのであれば（ステップＳ７でＹＥＳ）、以後の電圧上昇抑制制御の実行は燃料電池発電装置ＦＰ側の制御部２４が主導するようにする（ステップＳ２）。逆に、自然発電装置ＮＰ側で検出したのであれば（ステップＳ７でＮＯ）、以後の電圧上昇抑制制御の実行は自然発電装置ＮＰ側の制御部２４が主導するようにする（ステップＳ４）。閾値以上の電圧を先に検出した発電装置（自然発電装置ＮＰ又は燃料電池発電装置ＦＰ）の側の制御部２４に以後の主導を行わせるという設定手法を採用することにより、次の効果を得ることができる。すなわち、双方の制御部２４，２４の電圧センサ間で検出精度のバラツキがあったとしても、安全側で電圧上昇を検出して、その安全側で検出した情報に基づき電圧上昇抑制制御を実施することができるようになる。

図５〜図７は電圧上昇抑制制御の例を示すものであり、これらを参照しつつ、電圧上昇抑制制御の内容について説明する。

燃料電池発電装置ＦＰ及び自然発電装置ＮＰにおいて共に通常の発電運転を行いつつ（ステップＳ１１）、例えば３０秒間の平均の系統電圧が抑制すべき閾値（抑制閾値；例えば１０７Ｖ）未満であるか否かを連続して監視する（ステップＳ１２）。系統電圧が抑制閾値未満を維持していれば（ステップＳ１２でＹＥＳ）、電圧上昇抑制制御は行わずにリターンして通常の発電運転と前記の監視とを継続する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１２で系統電圧が抑制閾値以上であることが検出されていれば（ステップＳ１２でＮＯ）、例外状況（後述）が発生していないことを確認した上で（ステップＳ１４でＮＯ）、電圧上昇抑制制御を開始する。制御開始と共にタイマカウントを開始させ、まず、電圧上昇抑制のための出力の強制低下制御を燃料電池発電装置ＦＰではなくて自然発電装置ＮＰ側に対し行う（ステップＳ１５）。つまり自然発電装置ＮＰ側のパワーコンディショナ２のインバータ部２２での出力電圧を所定の一単位分だけ低下させる。系統電圧が抑制閾値を超えている限り（ステップＳ１６でＮＯ）、タイマ値が設定時間ｔｐに到達するまで前記の一単位分の低下処理を繰り返す（ステップＳ１７でＮＯ，ステップＳ１５）。この過程で、系統電圧が抑制閾値未満に低下したことが検出されれば（ステップＳ１６でＹＥＳ）、系統電圧を監視しながら、ステップＳ１５で低下させた自然発電装置ＮＰ側の出力を徐々に上げていってリターンする（ステップＳ１８）。前記の設定時間ｔｐとしては、例えば３分〜３０分を設定する。

図８（ａ）に示すように、系統電圧が抑制閾値を超えたことにより（同図のタイミングＴ１参照）、自然発電装置ＮＰ側の出力電圧の低下を開始させ、この自然発電装置ＮＰ側だけの出力電圧の低下により設定時間ｔｐの経過する前までに系統電圧が抑制閾値未満に復帰（低下）するというような系統電圧の上昇が短期間だけのものであれば、自然発電装置ＮＰ側の電圧上昇抑制制御だけで燃料電池発電装置ＦＰ側の出力電圧は変更することなく同じ状態で発電を継続させることになる。この場合、自然発電装置ＮＰ側の出力電圧の低下や復帰という変更は燃料電池発電装置ＦＰの側の出力電圧を低下等させる場合に比して極めて迅速に行うことができる上に、出力電圧の低下等の変更が緩速にしかできない燃料電池発電装置ＦＰの側は出力電圧の変更を実施しないで済むため、系統電圧の電圧上昇抑制を極めて応答性よくかつ迅速に処理することができるようになる。

ステップＳ１５での自然発電装置ＮＰの側の出力電圧を一単位分ずつ低下させることを繰り返しても、系統電圧が抑制閾値を超えているまま設定時間ｔｐが経過すれば（ステップＳ１７でＹＥＳ）、つまり、系統電圧の電圧上昇が設定時間ｔｐを超えて長時間継続する場合には、自然発電装置ＮＰ側の出力電圧の低下処理を停止させる一方、燃料電池発電装置ＦＰ側のパワーコンディショナ２のインバータ部２２での出力電圧の強制低下処理を開始させる（ステップＳ１９）。要するに、系統電圧が長期間に亘る電圧上昇状態になれば、自然発電装置ＮＰの側での出力電圧の低下処理に加えて、初めて、燃料電池発電装置ＦＰの側についても強制出力低下の実行を開始させるのである。換言すれば、系統電圧の電圧上昇が一時的なものではないことを確認した上で、燃料電池発電装置FP側の強制出力低下の実行を開始させるのである。

すなわち、燃料電池発電装置ＦＰ側のパワーコンディショナ２のインバータ部２２での出力を絞ることにより、燃料電池発電装置ＦＰ側の運転制御を行うコントローラもパワーコンディショナ２での出力低下に伴い発電量を低下させることになる。燃料電池発電装置FPの側の出力電圧を低下させることで（ステップＳ１９）、系統電圧が抑制閾値未満に低下すれば（図６のステップＳ２０でYEＳ）、系統電圧を監視しながら、ステップＳ１５で低下させた自然発電装置ＮＰ側の出力をまず上げ、次にステップＳ１９で低下させた燃料電池発電装置FP側の出力を徐々に上げていって、リターンする（ステップＳ２１）。一方、ステップＳ２０で系統電圧が依然として抑制閾値を超えていれば（ステップＳ２０でNO）、自然発電装置ＮＰ側の出力を最小限まで下げ（ステップＳ２２）、これにより系統電圧が下がれば、前記と同様に、系統電圧を監視しながら自然発電装置ＮＰ側の出力及び燃料電池発電装置FP側の出力を徐々に上げていってリターンする（ステップＳ２３でＹＥＳ，ステップＳ２１）。

以上の系統電圧の電圧上昇が長期間に及ぶ場合の電圧上昇抑制制御の状況について、図８（ｂ）を参照しつつ見てみると、系統電圧が抑制閾値を超えると（タイミングＴ１参照）、自然発電装置ＮＰ側の出力電圧を設定時間ｔｐが経過するまで強制的に下げ、設定時間ｔｐが経過すれば（タイミングＴ２参照）、自然発電装置ＮＰ側の出力電圧の低下を停止させ、代わりに燃料電池発電装置ＦＰ側の出力電圧の低下を開始させる。系統電圧が抑制閾値未満に低下すれば（タイミングＴ３参照）、燃料電池発電装置ＦＰ側の出力電圧の低下を停止させて自然発電装置ＮＰ側の出力を上げ、自然発電装置ＮＰ側の出力電圧が元の状態に回復すれば（タイミングＴ４参照）、燃料電池発電装置ＦＰ側の出力電圧を上げていく。なお、前記の自然発電装置NPの出力電圧を設定時間ｔｐが経過するまで所定の一単位ずつ下げては系統電圧が抑制閾値未満に下がったか否かを判定し、これを繰り返す点については、図９（ａ）に示すように、系統電圧が抑制閾値未満に下がったか否かの判定に所定時間ｔｖ（例えば３０秒間）の平均値を採るために、その所定時間ｔｖだけ待機しては出力電圧を所定の一単位ずつ下げることを繰り返すことになる。

ステップＳ２３で、まだ系統電圧が抑制閾値未満に下がらなければ、ステップＳ１９で低下処理を一旦停止した自然発電装置ＮＰ側の出力電圧を最小限まで低下させることになる（ステップＳ２６）。その前に、ステップＳ２２で最小限出力まで低下させた燃料電池発電装置FPを完全に停止させた方が光熱費抑制の観点において効率の良い状況にあるか否か、つまり燃料電池発電装置FPの停止条件が成立するか否かを判定し（ステップＳ２４）、成立しなければ燃料電池発電装置FP側を最小限出力で運転継続させた状態で自然発電装置NP側を最小限出力に絞り（ステップＳ２４でNO，ステップＳ２６）、成立すれば燃料電池発電装置FP側を完全に停止させた上で（ステップＳ２４でYEＳ，ステップＳ２５）、自然発電装置NP側を最小限出力に絞る（ステップＳ２６）。停止条件の成立とは、貯湯タンク１０２（図２参照）内の蓄熱量（所定温度以上の貯湯の量）が十分にある又は所定量以上にあり、それ故に燃料電池発電装置FPでの熱回収の効率（熱変換効率）が低下する状態にあること、内蔵の電子時計から割り出した現時点が午前の時間帯に属し、それ故に太陽光の光量が増大して自然発電装置NPの発電出力が増大する状況にある上に、貯湯の使用量が午後（夜）に比して少ない状況にあること、が成立することである。このような停止条件が成立する場合には、燃料電池発電装置FPを完全に停止させた方が、最小限出力で運転を継続させるよりは光熱費の抑制を図ることができるからである。

以上により系統電圧が抑制閾値未満になれば、ステップＳ２１を経てリターンし（ステップＳ２７でYEＳ）、それでも系統電圧が抑制閾値以上であれば、つまり系統電圧が抑制閾値未満まで下がらなければ（ステップＳ２７でＮＯ）、最終的に、連系リレー部２３を開放して電力系統１との接続を遮断（系統解列）し、異常の解除を待った上でリターンする（ステップＳ２８）。

以上の各処理が本発明の基本的な処理である。次に、図５のステップＳ１４で例外状況有りの場合の例外的な処理について図７に基づいて説明する。原則的処理の例外としては、燃料電池発電装置ＦＰ側の蓄熱量が満蓄状態にあるときには、熱回収の観点からは燃料電池発電装置FP側の出力電圧を通常の発電状態に維持しておく必要はなく、むしろ維持しておくとラジエータ１０４（図２参照）による放熱を実施しなければならず、蓄熱を無駄に放出しなければならないことになるため、このような状況にあるときには、自然発電装置NP側だけをまず出力低下させるという基本的な処理の例外的処理を実行する状況（例外状況）にあると判定し（ステップＳ１４でYEＳ）、以下の例外処理に基づく電圧抑制制御を実行する。これにより、燃料電池発電装置ＦＰの側の熱回収の無駄を継続させることなく、熱回収効率の向上と系統電圧の電圧上昇抑制との双方を満足させ得ることになる。

すなわち、まずは燃料電池発電装置FP側の出力電圧を強制的に下げ（図７のステップＳ２９）、それにより系統電圧が抑制閾値未満に下がれば（ステップＳ３０でYEＳ）、系統電圧を監視しながら燃料電池発電装置FP側の出力電圧を上げていって、リターンする（ステップＳ３３）。やはり系統電圧が抑制閾値を超えたままであれば（ステップＳ３０でNO）、燃料電池発電装置FP側の出力電圧を最小限にまで下げる（ステップＳ３１）。これにより系統電圧が抑制閾値未満になれば（ステップＳ３２でYEＳ）前記のステップ３３の処理を行う一方、抑制閾値を超えたままであれば（ステップＳ３２でNO）、今度は自然発電装置NP側の出力電圧を強制的に低下させる（ステップＳ３６）。その際、前記のステップＳ２４，Ｓ２５の処理と同様に、燃料電池発電装置FPの運転を完全に停止させた方が良いか否かの判定（停止条件成立か否かの判定；ステップＳ３４）を行い、停止条件成立であれば、燃料電池発電装置ＦＰ側の発電運転を完全停止させる（ステップＳ３５）。

自然発電装置ＮＰ側の出力電圧を低下させることで系統電圧が抑制閾値未満に下がれば（ステップＳ３７でＹＥＳ）、系統電圧を監視しながら、先ず自然発電装置ＮＰ側を上げ、次に燃料電池発電装置ＦＰ側を上げて回復させる（ステップＳ３８）。自然発電装置ＮＰ側の出力電圧を所定量低下させても、系統電圧が抑制閾値未満に低下しなければ（ステップＳ３７でＮＯ）、自然発電装置ＮＰ側の出力電圧を最小限まで下げ（ステップＳ３９）、これにより系統電圧が抑制閾値未満になれば（ステップＳ４０でＹＥＳ）、前記のステップＳ３８の処理を行い、やはり系統電圧は抑制閾値を超えたままであれば、系統解列を行い異常解除を待つ（ステップＳ４１）。以上のステップＳ１４の判定と、図７に示すステップＳ２９〜ステップＳ４１により例外処理部が構成されている。

以上の例外処理の状況は図９（ｂ）に示すように、系統電圧が抑制閾値を超えれば（タイミングＴ１参照）、自然発電装置ＮＰ側の出力は下げずに、燃料電池発電装置ＦＰ側の出力を下げる。燃料電池発電装置ＦＰ側の出力を最小限まで下げても系統電圧が抑制閾値未満に低下しなければ（タイミングＴ５参照）、次に自然発電装置ＮＰ側の出力を下げ、これにより系統電圧が抑制閾値未満に下がれば（タイミングＴ６参照）、自然発電装置ＮＰ側の出力を上げ、元の出力に回復すれば（タイミングＴ７参照）、燃料電池発電装置ＦＰ側の出力を上げていく。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、図１０（ａ）に示すように各パワーコンディショナ２に対し電圧上昇抑制制御部を含む制御部２４が設けられ、複数の制御部２４を通信線２５により通信接続して連係制御を実現させるようにしているが、これに限らず、例えば図１０（ｂ）に示すように、いずれか一方のパワーコンディショナ２だけに制御部２４を設け、この制御部２４により前記の一方のパワーコンディショナのみならず、制御部を設けていない他方のパワーコンディショナ２ａの制御を通信線２５により行わすようにしてもよい。さらに、図１０（ｃ）に示すように、独立した制御部２４によって、それぞれ制御部を設けていない複数のパワーコンディショナ２ａ，２ａの制御を通信線２５，２５により行わすようにしてもよい。

上記実施形態の自然発電装置ＮＰとしては、太陽光発電装置の他に、風力発電装置や潮力発電装置等の自然エネルギーを利用して発電する装置によって構成してもよい。又、上記実施形態では燃料を消費して発電する燃料発電装置として燃料電池発電装置ＦＰを示したが、これに限らず、例えばガスエンジン発電装置により構成してもよい。さらに燃料電池発電装置ＦＰとしては、もちろん固体酸化物型燃料電池以外のタイプの燃料電池を用いた発電装置であってもよい。

ＦＰ燃料電池発電装置（燃料発電装置）
ＮＰ自然発電装置（太陽光発電装置）
１電力系統
２パワーコンディショナ
２４制御部（電圧上昇抑制制御部）
１０２貯湯タンク（蓄熱部）

Claims

自然エネルギーを利用して発電する自然発電装置と、燃料を消費して発電する燃料発電装置とを電力系統に連系させてなる発電システムであって、
前記自然発電装置に設けられたパワーコンディショナと、前記燃料発電装置に設けられたパワーコンディショナと、電圧上昇抑制制御を実行するための制御部とを備え、
前記制御部は、前記自然発電装置及び燃料発電装置が同時発電運転中において前記電圧上昇抑制制御を実行する際には、前記自然発電装置の側のパワーコンディショナによる出力電圧の抑制処理を優先させるように双方のパワーコンディショナを連係制御するように構成され、かつ、
前記制御部は、前記電圧上昇抑制制御を実行する際には、その電圧上昇抑制制御が必要となる前記電力系統の系統電圧の上昇状態の継続期間の長短に応じて、設定時間よりも短い短期間であれば前記自然発電装置の側のパワーコンディショナのみを対象にして前記電力系統に対する出力電圧の抑制処理を行う一方、設定時間よりも長い長期間に亘り前記上昇状態が継続すれば前記燃料発電装置側のパワーコンディショナを対象にして前記電力系統に対する出力電圧の抑制処理を許可するように構成されている、
ことを特徴とする発電システム。
請求項１に記載の発電システムであって、
前記燃料発電装置は発電に伴う排熱を回収して蓄熱する蓄熱部を備える一方、前記制御部は前記電圧上昇抑制制御における例外処理を実行する例外処理部を備え、
前記例外処理部は、前記電圧上昇抑制制御を実行する際に、燃料発電装置側での熱回収状況において前記蓄熱部による現在の蓄熱状況が満蓄状態であれば、前記自然発電装置側のパワーコンディショナを対象にした前記電力系統に対する出力電圧の抑制処理の優先実行をキャンセルし、代わりに、前記燃料発電装置側のパワーコンディショナを対象にして前記電力系統に対する出力電圧の抑制処理を優先させる連係制御を実行するように構成されている、発電システム。
請求項１又は請求項２に記載の発電システムであって、
前記自然発電装置は太陽光発電装置である、発電システム。