JP7288408B2 - 発電システム、及び発電システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、発電システム、及び発電システムの制御方法に関する。

複数の発電装置をパッケージ化した発電システムでは、一般に発電装置ごとに制御装置（ＥＭＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を有する。これにより、各発電装置の制御装置（ＥＭＳ）は、相互に通信し、発電装置の運転／停止、及び発電量等を相互に調整する制御を行う。また、複数の発電装置はさらに上位の主制御装置（ＥＭＳ）からの運転／停止、及び総発電量の指示を受け、相互に連携して総発電量を得るための各発電装置の制御を行うのが一般的である。ところが、発電装置ごとに制御装置（ＥＭＳ）の設置スペースが必要となり、制御装置（ＥＭＳ）の運営コストも必要となってしまう。

特開２０１８－１８２８４７号公報

本発明が解決しようとする課題は、発電装置ごとの発電状態を示す情報がなくとも、総発電量を得るための発電装置ごとにより適した制御が可能な発電システム、及び発電システムの制御方法を提供することである。

本実施形態に係る発電システムは、電力系統へ連系する複数の発電装置と、総発電量の情報を含む電力指令信号を前記複数の発電装置に出力する制御装置と、を備える発電システムであって、前記複数の発電装置のそれぞれは、電力を発電する発電部と、前記総発電量に対応して前記発電装置ごとに予め定められた発電量を前記発電部に発電させる制御を行う制御部と、を有する。

第１実施形態に係る発電システムの概略的な全体構成を示すブロック図。 発電システムのより詳細な構成を示すブロック図。 電力指令値に対応して発電装置ごとに予め定められた発電量を示す表。 発電システムの発電処理の一例を示すフローチャート。 起動回数に対応して発電装置ごとに予め定められた発電量を示す表。 第２実施形態に係る発電システムの発電処理の一例を示すフローチャート。 故障時に発電装置ごとに予め定められた発電量を示す表。 第３実施形態に係る発電システムの発電処理の一例を示すフローチャート。

効果

複数の発電装置ごとの発電状態を示す情報がなくとも、発電装置ごとにより適した制御が可能な発電システム、及び発電システムの制御方法を提供できる。

以下、本発明の実施形態に係る発電システム、及び発電システムの制御方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る発電システム１の概略的な全体構成を示すブロック図である。図１に示すように発電システム１は、複数の発電装置１０により発電を行い、電力系統Ｐｇに電力供給が可能なシステムである。より具体的には、この発電システム１は、複数の発電装置１０と、主制御装置２０と、電力計３０とを備える。

発電装置１０は、電力系統Ｐｇへの電力供給が可能である。主制御装置２０は、例えばＥＭＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含んで構成され、複数の発電装置１０の総発電量を制御する。主制御装置２０は、例えば発電システム１における総発電量の情報を含む電力指令信号を複数の発電装置１０に出力する。

電力計３０は、電力系統Ｐｇへ供給される電力を計測する。そして、電力計３０の計測値は、複数の発電装置１０、及び主制御装置２０に供給される。

図２は、第１実施形態に係る発電システム１のより詳細な構成を示すブロック図である。発電装置１０は、発電部１０２と、パワーコンディショナー１０４と、上位指令送受信部１０６と、制御部１０８とを有する。

発電部１０２は、電力を発電する。発電部１０２は、例えば太陽電池であり、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する。太陽電池は、複数個の太陽電池パネルを有している。太陽電池パネルは、例えば、シリコンなどの半導体で生成された太陽電池セルを複数個接続したものを、屋外で利用できるように樹脂や強化ガラスなどで保護したものである。発電部１０２は発電した電力（直流電力）を、ワーコンディショナー１０４に出力する。なお、本実施形態では、発電装置１０は太陽電池であるが、これに限定されない。発電部１０２は、例えば燃料電池、蓄電池、風力発電装置などでもよい。本実施形態に係る発電部１０２の最大発電量は、例えば１００キロワットに設定されている。

パワーコンディショナー１０４は、発電部１０２が発電した電力（直流電力）を交流電力に変換する。そして、変換した交流電力を電力系統Ｐｇに出力する。パワーコンディショナー１０４は、例えば、インバータ回路などを有する。インバータ回路は、発電部１０２から入力される直流電力を電力系統Ｐｇと同期がとれた交流電力に変換する。

制御部１０８は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含んで構成され、主制御装置２０から指示される総発電量に対応して発電装置１０ごとに予め定められた発電量を発電部１０に発電させる制御を行う。制御部１０８は、パワーコンディショナー１０４のインバータ回路から出力される交流電圧を昇圧（または降圧）する制御を行う。

また、制御部１０８は、記憶部１０８ａを有する。記憶部１０８ａは、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク等により実現される。記憶部１０８ａは、例えば、図３に示す発電量のテーブルを記憶している。

図３は、電力指令値に対応して発電装置ごとに予め定められた発電量を示す表である。左端の欄が、主制御装置２０が出力する電力指令値である。次の欄が複数の発電装置１０のなかの１番目の発電装置１０が有する発電量のテーブルを示す。その次の欄が複数の発電装置１０のなかの２番目の発電装置１０が有する発電量のテーブルを示し、更に次の欄が複数の発電装置１０のなかの３番目の発電装置１０が有する発電量のテーブルを示し、更に次の欄が複数の発電装置１０のなかの４番目の発電装置１０が有する発電量のテーブルを示し、更に次の欄が複数の発電装置１０のなかの５番目の発電装置１０が有する発電量のテーブルを示す。なお、本実施形態では、発電装置１０が５個の場合で説明するが、これに限定されない。

制御部１０８は、図３に示すテーブルに従い各パワーコンディショナー１０４を制御する。例えば、電力指令値が５０キロワットである場合、１番目の発電装置１０の制御部１０８は、５０キロワット発電するようにパワーコンディショナー１０４を制御する。なお、発電量が０キロワットである場合には、制御部１０８は、発電部１０２を起動せずに停止状態を維持させる。例えば、電力指令値が５０キロワットである場合、２番目～５番目の発電装置１０の制御部１０８は、発電部１０２を起動せずに停止状態を維持させる。

同様に、電力指令値が３００キロワットである場合、１番目の発電装置１０の制御部１０８は、１００キロワット発電するようにパワーコンディショナー１０４を制御し、２番目の発電装置１０の制御部１０８は、５０キロワット発電するようにパワーコンディショナー１０４を制御し、３番目の発電装置１０の制御部１０８は、５０キロワット発電するようにパワーコンディショナー１０４を制御し、４番目の発電装置１０の制御部１０８は、５０キロワット発電するようにパワーコンディショナー１０４を制御し、５番目の発電装置１０の制御部１０８は、５０キロワット発電するようにパワーコンディショナー１０４を制御する。この場合、総発電量は、３００キロワットとなる。

このように、各制御部１０８の記憶部１０８ａは、図３に示す発電量の情報を記憶している。これにより、主制御装置２０から受信した電力指令値により各発電装置１０は予め割振られた発電量で発電が可能である。このため、制御部１０８間での情報の送受信を行わずとも、総発電電力を主制御装置２０から受信した電力指令値に一致させることができる。すなわち、発電装置１０ごとの発電状態を示す情報がなくとも、各発電装置１０が発電する総発電量は、電力指令値に一致させることができる。

図４は本実施形態に係る発電システム１の発電処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、例えば、３００キロワットの電力指令値が発電装置２０から各発電装置１０に出力された場合を説明する。

図４に示すように、先ず、各上位指令送受信部１０６は、電力指令値３００キロワットを受信する（ステップＳ１００）。

次に、各制御部１０８は、各記憶部１０８ａに記憶される発電量の情報に従い、総発電量３００キロワットに対応して発電装置１０ごとに予め定められた発電量１００，５０，５０，５０，５０キロワットを決定する（ステップＳ１０２）。

次に、各制御部１０８は、決定された発電量１００，５０，５０，５０，５０キロワットを各発電部１０２に発電させる制御を行い（ステップＳ１０４）、全体処理を終了する。

以上のように本実施形態に係る発電システム１によれば、総発電量に対応して発電装置１０ごとに予め定められた発電量を発電装置１０ごとに記憶することとした。これにより、総発電量の情報を含む電力指令信号を各発電装置１０が受信すると、各発電装置１０は予め割振られた発電量で発電が可能である。このため、各制御部１０８は、発電装置１０ごとの発電状態を示す情報がなくとも、総発電電力を主制御装置２０から受信した電力指令値に一致させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る発電システム１は、発電システム１の起動回数にしたがい各発電装置１０の発電量を変更する点で第１実施形態に係る発電システム１と相違する。以下では、第１実施形態に係る発電システム１と相違する点を説明する。

図５は、主制御装置２０からの起動指令の回数に対応して発電装置１０ごとに予め定められた発電量を示す表である。上側の表が、主制御装置２０からの起動指令の１回目の起動時における発電装置１０ごとの各発電量の割振りを示し、下側の表が、２回目の起動指令時における発電装置１０ごとの各発電量の割振りを示す。こように、各記憶部１０８ａは、起動指令の回数に対応させた発電装置１０ごとに予め定められた発電量を示す情報を記憶している。

図５に示すように、１回目の起動指令時に電力指令値が５０キロワットである場合、１番目の発電装置１０の制御部１０８は、５０キロワット発電するようにパワーコンディショナー１０４を制御し、２番目～５番目の発電装置１０の制御部１０８は、起動しないようにパワーコンディショナー１０４を制御する。この場合、総発電量は、５０キロワットとなる。

次に、２回目の起動時に電力指令値が５０キロワットである場合、２番目の発電装置１０の制御部１０８は、５０キロワット発電するようにパワーコンディショナー１０４を制御し、１番目、３番目～５番目の発電装置１０の制御部１０８は、起動しないようにパワーコンディショナー１０４を制御する。この場合、総発電量は、５０キロワットとなる。同様に、３回目の起動時に電力指令値が５０キロワットである場合、３番目の発電装置１０の制御部１０８は、５０キロワット発電するようにパワーコンディショナー１０４を制御し、１番目、２番目、４番目、５番目の発電装置１０の制御部１０８は、発電部１０２を起動しないようにパワーコンディショナー１０４を制御する。この場合、総発電量は、５０キロワットとなる。このように、複数の発電装置１０の起動回数に応じて、各発電装置１０の発電量テーブルを例えばローテーションさせる。これにより、発電システム１の起動指令回数が増加するに従い、複数の発電装置１０のそれぞれの積算した発電量の差が低減するように変更される。起動回数及び積算発電量には制限がある。このため、各発電装置１０の発電量テーブルをローテーションさせることにより、各発電装置１０の負荷及び起動回数が均一化され、各発電装置１０の寿命が平均化される。

図６は第２実施形態に係る発電システム１の発電処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、主制御装置２０からの起動指令回数が２回目であり、総発電量３００キロワットである場合を説明する。図４と同様の処理は同様の番号を付し、説明を省略する。

図６に示すように、各制御部１０８は、起動指令回数をカウントする（ステップＳ２００）。起動指令回数が２回目であるので、カウントは２である。

次に、各制御部１０８は、各記憶部１０８ａに記憶される起動指令回数に対応した発電量の情報に従い、総発電量３００キロワットに対応して発電装置１０ごとに予め定められた発電量５０，１００，５０，５０，５０キロワットを決定する（ステップＳ１０２）。

次に、各制御部１０８は、決定された発電量５０，１００，５０，５０，５０キロワットを各発電部１０２に発電させる制御を行い（ステップＳ１０４）、全体処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態では、発電システム１の起動指令回数にしたがい各発電装置１０の発電量を変更することとした。これにより、起動指令回数が増加するに従い、複数の発電装置１０のそれぞれの積算した発電量の差、及び起動回数の少なくともいずれかが低減するように制御することが可能となり、各発電装置１０の負荷、起動回数が均一化され、各発電装置１０の寿命が平均化される。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る発電システム１は、発電装置１０のいずれかに故障が発生すると、各制御部１０８が主制御装置２０から独立して対応する発電部１０２の発電量を変更する点で第２実施形態に係る発電システム１と相違する。以下では、第１実施形態に係る発電システム１と相違する点を説明する。

図７は、各発電装置１０のいずれかが故障した場合の発電装置１０ごとに予め定められた発電量を示す表である。ここでは、２番目の発電装置１０が故障した場合を示している。

各制御部１０８は、自身が制御している発電装置１０以外の発電装置１０が故障しているかを判定する。より詳細には、各制御部１０８は、主制御装置２０から受信した電力指令信号に含まれる情報である総発電量と、電力計３０で測定された電力量との差の値により故障の有無を判定する。例えば、電力指令信号に含まれる情報である総発電量が１００ワットであるのに、電力計３０で測定された電力量が５０ワットである場合、各発電装置１０は、自身以外の発電装置１０のいずれかに故障が発生したと判定する。

電力指令信号に含まれる情報である総発電量が２００ワット以下である場合には、起動していない発電装置１０のいずれかが発電するように、各記憶部１０８ａに発電情報が設定されている。一方で、電力指令信号に含まれる情報である総発電量が２５０ワットである場合には、発電装置１０のいずれかが１００ワットまで発電量を増加するように、各記憶部１０８ａに発電情報、例えば発電テーブルが設定されている。同様に、総発電量が３００、３５０，４００ワットのいずれかである場合には、不足する発電量を発電装置１０のいずれかが増加させて発電するように、各記憶部１０８ａに発電情報が設定されている。

一方で、発電装置１０の最大発電量は１００ワットであるので、総発電量が４５０、５００ワットの場合には、故障していない発電装置１０が最大出力を出しても総発電量が４５０、５００に達しないため、全発電装置１０の発電量を１００ワットにする。なお、最大発電量が１００ワット以上である場合には、対応可能なテーブルを設定可能である。このように、各制御部１０８は、電力指令信号に含まれる情報である総発電量より低い発電量の場合には、他の発電装置１０が故障等で発電を停止したと判断し、発電を開始、又はす発電量を増加させる制御を行うことが可能である。

図８は第３実施形態に係る発電システム１の発電処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、２番目の発電装置１０が故障した場合を説明する。

図８に示すように、２番目の発電装置１０を除く各発電装置１０の制御部１０８は、電力指令信号に含まれる情報である総発電量と、電力計３０で測定された電力量との差から故障の有無を判定する（ステップＳ３００）。２番目の発電装置１０を除く各発電装置１０の制御部１０８が、自身以外の発電装置１０のいずれかに故障が発生したと判定する場合（ステップＳ３００のＹＥＳ）、故障時のテーブルに従い、発電を開始、又は発電量を増加させる制御を開始する。一方で、各発電装置１０の制御部１０８が、故障は発生していないと判定した場合（ステップＳ３００のＮＯ）、ステップＳ１０２からの通常処理を行う。

以上説明したように、本実施形態では、各発電装置１０の制御部１０８は、電力指令信号に含まれる情報である総発電量と、電力計３０で測定された電力量との差の情報を用いて故障の有無を判定することとした。これにより、故障が発生したと判定した場合に、発電装置１０の制御部１０８は、故障時の発電情報に従い、発電を開始、又は発電量を増加させる制御を開始し、制御部１０８間での情報の送受信を行わずとも、不足する電力を補うことが可能となる。このように、発電装置１０ごとの発電状態を示す情報がなくとも、各発電装置１０のいずれかに故障が発生しても、電力指令信号に含まれる情報である総発電量を得ることが可能となる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１：発電装置１０：発電装置、２０：主制御装置、３０：電力計、１０２：発電部、１０４：パワーコンディショナー、制御部１０８，記憶部１０８ａ、電力系統：Ｐｇ。

Claims (10)

1. 電力系統へ連系する複数の発電装置と、
   総発電量の情報を含む電力指令信号を前記複数の発電装置に出力する主制御装置と、
   を備える発電システムであって、
   前記複数の発電装置のそれぞれは、
   電力を発電する発電部と、
   前記総発電量に対応して前記発電装置ごとに予め定められた発電量を、前記発電部に発電させる制御を行う制御部と、
   を有する、発電システム。
2. 前記複数の発電装置のそれぞれは、
   総発電量に対応して発電する発電量を予め記憶する記憶部を更に有し、
   前記複数の発電装置のそれぞれは、前記記憶部に記憶された発電量に基づき前記発電部に発電させる制御を行う、請求項１に記載の発電システム。
3. 前記複数の発電装置のそれぞれが発電する発電量は、前記主制御装置からの起動指令の回数に応じて変更される、請求項２に記載の発電システム。
4. 前記複数の発電装置のそれぞれが発電する発電量は、前記起動指令の回数が増加するに従い、前記複数の発電装置のそれぞれの積算した発電量の差が低減するように変更される、請求項３に記載の発電システム。
5. 前記複数の発電装置のそれぞれが発電する発電量は、前記起動指令の回数が増加するに従い、前記複数の発電装置のそれぞれの起動回数の差が低減するように変更される、請求項３に記載の発電システム。
6. 前記電力系統へ供給される発電量を計測する電力計を更に備え、
   前記制御部は、前記電力指令信号に含まれる前記総発電量と、前記電力計により計測された電力量の差分に基づき、前記発電装置ごとに予め定められた発電量を前記発電部に発電させる制御行う、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発電システム。
7. 前記制御部は、前記電力計により計測された前記発電量が、前記電力指令信号に含まれる前記総発電量に達していない場合に、故障が発生していると判定する、請求項６に記載の発電システム。
8. 前記制御部は、前記故障が発生していると判定した場合に、前記電力指令信号に含まれる前記総発電量に対応する故障時の発電量を前記発電部に発電させる制御を行う、請求項７に記載の発電システム。
9. 前記発電部は、太陽電池、風力発電装置、燃料電池、蓄電池の少なくともいずれかであり、
   前記発電装置は、前記発電部と、前記電力系統とを連系するパワーコンディショナーを更に有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発電システム。
10. 電力系統へ連系し、電力を発電する発電部をそれぞれが有する複数の発電装置と、
    総発電量の情報を含む電力指令信号を前記複数の発電装置に出力する主制御装置と、
    を備える発電システムの制御方法であって、
    前記複数の発電装置のそれぞれは、
    前記総発電量に対応して前記発電装置ごとに予め定められた発電量をそれぞれが有する前記発電部に発電させる制御を行う制御工程を、
    を有する、発電システムの制御方法。

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