JPH04372528A - ハイブリッド発電装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，太陽電池，風力発電等
の自然エネルギーを利用した発電装置と，原動機により
駆動される発電機を利用した他の発電装置とを連携した
ハイブリッド発電装置及びその制御方法に係り，特に，
自然エネルギーを最大限に活用して，動力用のエネルギ
ー消費を節減することができ，また，負荷電力消費量が
少ない時にも当該発電装置の作動が不安定になる恐れや
原動機の性能劣化を来す恐れのない実用度の高い，ハイ
ブリッド発電装置及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時，クリーンエネルギーを活用し，又
，石油系エネルギーの消費節約のために，太陽光発電や
風力発電等が注目をあびて来ている。上述した太陽光発
電は，太陽の輻射エネルギーを半導体を活かした太陽電
池によって電気エネルギーに変換し，風力発電は風力に
よって風車を回転させ，この回転によって発電機を回転
させて電気エネルギーを得ている。その他自然エネルギ
ー利用としては，地熱エネルギー，潮汐エネルギーによ
る発電装置等もあるが，設置地域が限定されるので，上
記太陽発電や風力発電がより一般的に使用されている。 上記太陽光発電や風力発電は，夜間や雲が多くて発電量
が減少した場合，風速が落ちて発電量が減少した場合等
のために，上記発電量が大なる間に蓄電池等に貯蔵する
手段も用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで，上述したよ
うな太陽光発電や風力発電は，排気ガス等がないので，
クリーンなエネルギーであり，しかも，利用場所は，条
件としては限定されるものの，一応地球上どこででも得
ることができることは有利である。しかしながら，従来
の方式の太陽光発電の発電量は，時刻，天候，気候等に
影響され，風力発電は特に風速に影響され，常時，安定
な電力源として期待するのは困難であった。また，蓄電
池等を併用して貯蔵する手段も経済性や保守性からみて
一般化するのが困難である。従って，太陽光発電や風力
発電の利用は，望まれていながら，実用化が困難であっ
た。本発明は従来のものの上記課題（問題点）を解決す
るようにしたハイブリッド発電装置及びその制御方法を
提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明に基づくハイブリッド発電装置においては，
太陽電池，風力発電等の自然エネルギーを利用した第１
の発電装置と，この第１の発電装置と連携され，原動機
により駆動される発電機を利用した第２の発電装置と，
この第２の発電装置を制御することにより上記第１の発
電装置と第２の発電装置の負荷に対する電力の供給比率
を制御する制御装置とを備えて構成している。また，こ
の場合，上記制御装置により制御される発電電力消費用
負荷装置を備えるようにすることが望ましい。さらに，
第１の発電装置の出力を最大限に利用するように上記制
御装置により制御することが望ましい。

【０００５】

【作用】本発明におけるハイブリッド発電装置では，太
陽電池，風力発電等の自然エネルギーを利用した第１の
発電装置のほかに，この第１の発電装置と連携され，原
動機により駆動される発電機を利用した第２の発電装置
と，この第２の発電装置を制御することにより上記第１
の発電機と第２の発電機の負荷に対する電力の供給比率
を制御する制御装置とを備えるようにしたので，上記第
１の発電装置の発電量が大なる場合は第２の発電装置の
発電量を減少させ，逆に，上記第１の発電装置の発電量
が小なる場合は第２の発電装置の発電量を増大させるこ
とによって，自然現象の変化に影響されることなく常に
負荷に対して安定に適量の電力供給が実行できる。また
，上記制御装置により制御される発電電力消費用負荷装
置を備えるようにすることによって，負荷電力の消費量
が適正な発電能力に比して小なる場合は，この発電装置
の余剰電力を当該負荷装置に供給することによって，上
記第２の発電装置が低負荷のために運転が不安定になっ
たり，性能が劣化する恐れを無くすことができる。さら
に，ハイブリッド発電装置の制御方法においては，第１
の発電装置の出力を最大限に利用するように制御するこ
とによって，上記第１の発電装置の発電量の大小に関係
なく，この第１の発電装置からの不足電力のみを第２の
発電装置の発電量から得るようにすることが出来る。 従って，自然エネルギーを有効に活用できる。

【０００６】

【実施例】次に，この発明に基づく実施例の詳細を図１
を参照して詳細に説明する。図１には，本発明に基づく
ハイブリッド発電装置及びハイブリッド発電装置の制御
方法を説明する，自然エネルギーを利用した第１の発電
装置と，動力により駆動される発電機を利用した第２の
発電装置とを複合したハイブリッド発電装置の回路例の
ブロック回路図を示している。図１は，本発明に基づく
主要な装置のみを記していてこのハイブリッド発電装置
が備える各制御装置の電源回路や詳細な信号線及び部品
類の記入は省略している。上記自然エネルギーを利用し
た第１の発電装置は，太陽光によって発電する太陽電池
と風力を利用した発電装置とによって構成された例を示
している。動力を利用した第２の発電装置としてはディ
ーゼルエンジンを動力源として利用した発電装置を例と
して示している。同図において，１０は自然エネルギー
を利用した第１の発電装置１０で，これは風力発電装置
１と太陽光発電装置２により構成されている。３は動力
としてディーゼルエンジンによって駆動される第２の発
電装置である。４はこの第２の発電装置３の制御装置と
このハイブリッド発電装置全体の制御を兼ねて実行する
制御装置であって，この発明に基づく自然エネルギー条
件や負荷の条件に対応して第２の発電装置３とその他こ
のハイブリッド発電装置全体の制御をおこなっている。 また，５は発電電力消費用負荷装置であって，電力調整
コントローラ５１と抵抗器５２によって構成されている
。

【０００７】風力発電装置１において，１１は風力によ
って回転する風車，１２はこの風車１１によって駆動さ
れる第１の同期発電機であって，１３はこの風力発電装
置と負荷回路との間を接続する第１の配電用回路遮断器
である。又，１６は，第１の計器用変流器１４によって
得られる送電電流値と，第１の計器用変圧器１５によっ
て得られる回路電圧値から，この風力発電装置１から出
力される発電状況及び送電電力値を計測する第１の電力
トランスジューサである。１７は第１の同期発電機の発
電周波数やその位相を制御する制御装置である。第１の
配電用回路遮断器１３とこの第１の同期発電機の制御装
置１７は詳細を後述するエンジンコントローラ４１から
の制御信号によって制御操作される。なお，第１の配電
用回路遮断器１３に接続される操作信号の入力回路は図
示を省略している。

【０００８】太陽光発電装置２において，２１は太陽光
を電力に変換する太陽電池，２２は太陽電池が得た直流
電力を所定の周波数の交流電力に変換するためのインバ
ータである。２３はこの太陽光発電装置と負荷回路との
間を接続する第２の配電用回路遮断器である。又，２６
は，第２の計器用変流器２４によって得られる送電電流
値と，第２の計器用変圧器２５によって得られる回路電
圧値から，この太陽光発電装置２から出力される発電状
況及び送電電力値を計測する第２の電力トランスジュー
サである。上記第２の配電用回路遮断器２３と，インバ
ータ２２は詳細を後述するエンジンコントローラ４１か
らの制御信号によって制御操作される。この第２の配電
用回路遮断器２３に接続される操作信号の入力回路も図
示を省略している。

【０００９】動力で駆動される第２の発電装置３におい
て，３１は動力源である。この動力源３１には，例えば
ガスエンジン（以下エンジンと称す）が使用される。エ
ンジン３１には，このエンジン３１の回転を制御する，
詳細を後述するガバナ３１ａが設けられている。３２は
上記エンジンによって駆動される所定の周波数の交流電
力を発電する第２の同期発電機である。３２ａはこの第
２の同期発電機３２の励磁用交流発電機であって，この
交流発電機３２ａの出力は，整流回路３２ｂによって直
流に変換されてこの第２の同期発電機３２の励磁巻線３
２ｃに供給されている。第３の計器用変圧器３５によっ
て上記第２の同期発電機の出力電圧を検知し，この検知
信号と電圧設定器３７ａによって設定された設定値とを
自動電圧調整器３７で比較し，その偏差値によって上記
励磁用交流発電機３２ａの発電出力を制御している。上
記自動電圧調整器３７は，変圧器３８によってこの第２
の同期発電機３２の発電電圧を所定の電圧に変換し，さ
らにこの自動電圧調整器３７内部に備えた図示しない整
流回路によって直流電圧に変換して作動用電源に使用し
ている。第２の発電装置３において，３３はこの発電装
置と負荷回路との間を接続する第３の配電用回路遮断器
である。また，３６は，第３の計器用変流器３４によっ
て得られる送電電流値と，上記第３の計器用変圧器３５
によって得られる回路電圧値から，この第２の発電装置
３から出力される発電状況及び送電電力値を計測する第
３の電力トランスジューサである。第２の発電装置３と
このハイブリッド発電装置全体の制御を兼ねておこなっ
ている制御装置４において，４１はこの制御装置４の主
たる制御機能を実行する装置であるエンジンコントロー
ラ，４３は上述した第１及び第２の発電装置を総合した
発電出力を負荷回路に接続する第４の配電用回路遮断器
である。また，４６は，第４の計器用変流器４４によっ
て得られる送電電流値と，第４の計器用変圧器４５によ
って得られる回路電圧値から，このハイブリッド発電装
置から送電する全電力値を計測する第４の電力トランス
ジューサである。上述した第１乃至第４の４個の電力ト
ランスジューサ１６，２６，３６，４６の各出力は上記
エンジンコントローラ４１に入力している。エンジンコ
ントローラ４１は上記４個のトランスジューサ１６，２
６，３６，４６からの入力値を処理し，予めこのハイブ
リッド発電装置の条件に対応し設定されたデータ処理手
段によって，第２の発電装置が備えたエンジン３１のガ
バナ３１ａ及び詳細を後述する電力調整コントローラ５
１の制御信号を出力している。エンジンコントローラ４
１はまた，予め設定された操作条件及び各発電装置の発
電状態を検知し，図に示さない操作盤から入力される運
転者の操作入力に従って，このハイブリッド発電装置の
備えた各部装置に対する所定の制御操作信号を出力する
。

【００１０】発電電力消費用負荷装置５に設けられた電
力調整コントローラ５１は上記第３の電力トランスジュ
ーサ３６及びエンジンコントローラ４１から供給される
信号によって，予めこのハイブリッド発電装置の条件に
対応して設定されたデータ処理手段により，抵抗器５２
に供給する電力値を調整している。この電力調整コント
ローラ５１の前段には，この発電電力消費用負荷装置５
が必要な場合に投入される第５の配電用回路遮断器５３
が設けられている。

【００１１】次に，上述の回路構成における本発明に基
づくハイブリッド発電装置の制御方法と作用を詳細に説
明する。風力発電装置１においては，第１の同期発電機
１２は風力によって回転する風車１１によって駆動され
ている。第１の同期発電機１２は，エンジンコントロー
ラ４１から伝送される制御信号に従い，この第１の同期
発電機の制御装置１７によってその発電される交流電圧
及びその周波数と位相が第２の同期発電機３２の出力に
合わせ風力に対応して最大出力を発電するように制御さ
れている。太陽光発電装置２においては，太陽光のエネ
ルギーを太陽電池が直流電力に変換し，この全直流電力
を第２の同期発電機３２の出力に合わて制御されるイン
バータ２２によって，エンジンコントローラ４１から伝
送される制御信号に従い，所定の交流電圧及び所定の周
波数と位相をもった交流電力に変換して出力している。 第２の発電装置３においては，エンジン３１によって駆
動される第２の同期発電機３２が，自動電圧調整器３７
によって出力が制御される励磁用交流発電機３２ａから
励磁巻線３２ｃに供給される励磁電流と，前記エンジン
コントローラ４１から伝送される制御信号によって制御
されるエンジン３１の回転速度に従った交流電圧とその
周波数で発電し出力している。即ち，エンジン３１の回
転速度はガバナ３１ａによって制御され，エンジンコン
トローラ４１からの出力信号によってガバナ３１ａの設
定位置が定められている。従って，エンジン３１の回転
速度はエンジンコントローラ４１によって制御され，第
２の同期発電機はエンジン３１の回転によって発電する
。上記エンジンコントローラ４１は，第１ないし第４の
電力トランスジューサ，１６，２６，３６，４６からの
計測値と，予めこのエンジンコントローラ４１に設定さ
れている演算条件に従って，自然エネルギーを電力源と
する第１の発電装置１０出力を最大限に利用するように
上記自動電圧調整器３７への出力信号を算出している。 また，　エンジンコントローラ４１は，前記第１の同期
発電機１２の制御装置１７に制御信号を出力し，この第
２の発電装置３の発電する交流波形に合わせて，第１の
同期発電機１２の発電周波数その他所定条件の制御をす
る。また，エンジンコントローラ４１は，前記インバー
タ２２に制御信号を出力し，この第２の発電装置３の発
電する交流波形に合わせて，太陽光発電装置２の発電周
波数その他所定条件の制御をする。エンジンコントロー
ラ４１は，また，このハイブリッド発電装置を構成する
上記各発電装置の発電状況や，負荷状況に対応し，図示
しない操作盤からの操作内容によって，各配電用回路遮
断器１３，２３，３３，４３，５３の投入遮断の操作を
行う。

【００１２】上述した風力発電装置１と太陽光発電装置
２によって構成される自然エネルギーを活用した第１の
発電装置１０と，動力を活用した第２の発電装置３とが
，それぞれその設計条件によって定まる適切な総合発電
能力によって出力を分担して対応する負荷に電力を供給
している状態において，風力が変動して瞬間的に風力発
電装置１の発電電力が低下すると，太陽光発電装置２の
発電能力はその瞬間における太陽光の光量で定まってい
るので，負荷に供給すべき電力が減少するが，この減少
電力分はエンジンコントローラ４１の働きによって第２
の発電装置３から追加供給して必要電力を補償する。 即ち，第１の発電装置１０の出力低下に対応して第２の
発電装置３から供給される電力が増大しようとすると，
エンジン３１の負荷が増大するので，このエンジン３１
の特性に従ってその回転速度が低下しようとする。エン
ジンコントローラ４１は，各トランスジューサ１６，２
６，３６，４６からの信号に従って，エンジン３１の出
力を増大するようにガバナ３１ａに対する操作信号を出
力する。ガバナ３１ａが操作されると，低下しようとし
たエンジン３１の回転速度が復帰し，この第２の発電装
置３は第１の発電装置１０が低下した発電電力分の発電
量を補う。風力が増大すると上述とは逆動作によって第
２の発電装置３が負担する電力量を減少させる。雲が出
て太陽光発電装置の発電量が低下すると，前述と同様の
動作によって第２の発電装置３は第１の発電装置１０が
低下した電力分だけの発電量を補う。雲が減少し，また
は快晴になって，太陽光発電装置の発電量が増大すると
上述とは逆動作によって第２の発電装置が負担する電力
量を減少させる。

【００１３】例えば，ある瞬間に，第１の発電装置１０
から得られる電力が急に大になり，しかも上記ガバナ３
１ａによる第２の発電装置３の制御手段ではこの第２の
発電装置３の発電電力を適切な値まで急には落とし切れ
ないような状態になると，前記エンジンコントローラ４
１からの操作信号によって第５の配電用回路遮断器５３
が投入される。また，エンジンコントローラ４１は予め
設定された条件に従って電力調整コントローラ５１に制
御信号を出力して抵抗器５２に供給する電力を制御する
。この抵抗器５２で消費される電力は前記第１ないし第
３の電力トランスジューサ１６，２６，３６による検出
値の和と第４の電力トランスジューサ４６の検出値との
差によって検出できる。負荷が変動して，当初の値から
低下し，第１の発電装置１０の発電能力以下になった場
合においても，上述と同様の作動によって抵抗器５２に
余剰の発電電力を消費させることにより，エンジン３１
が極度に軽負荷になって回転速度が上昇し，そのために
出力の周波数が上昇するようなこと等がないので，この
ハイブリッド発電装置全体を安定に運転することができ
る。また，上述の作動によって，エンジン３１は負荷が
極度に低下したままで運転が継続されることがないので
，燃料の不完全燃焼のためにエンジン内部にカーボンが
蓄積してその性能が低下する恐れを防止できる。発電電
力消費用負荷装置５の作動が不要になった場合は，第５
の配電用回路遮断器５３を遮断することによって，この
ハイブリッド発電装置の主回路とこの発電電力消費用負
荷装置５とを切り離すことができる。

【００１４】上述の説明は本発明についての実施例にお
ける基本回路構成と基本作動状況について説明したもの
であって，その他応用改変することが可能である。例え
ば，自然エネルギーを活用した第１の発電装置１０には
風力発電装置１と太陽光発電装置２によって構成されて
いるように説明したが，このハイブリッド発電装置の設
置場所と，必要電力等に対応して，上記いずれかの発電
装置のみであっても良く，その他の自然エネルギーを活
用した発電装置であっても，それぞれの発電装置との構
成に対応して，制御手段や各回路を設定すればよい。ま
た，各回路遮断器はエンジンコントローラ４１によって
操作するように説明したが，その他の操作制御機能を設
けるようにしてもよい。また，風力発電装置１，及び太
陽光発電装置２の制御信号をエンジンコントローラ４１
から得るように説明したが，この制御装置に上記エンジ
ンコントローラとは別にハイブリッド発電装置全体の制
御装置を設ける等その他の制御手段によって制御するよ
うにしてもよい。また，風力発電装置１，及び太陽光発
電装置２の発電波形等を第２の発電装置を基準にして制
御するように説明したが，風力発電装置１，または，太
陽光発電装置２，あるいは，その他の適切な基準に対し
て第２の発電装置も含めて制御するようにしてもよい。 また，第２の発電装置３をガスエンジンによって駆動す
る例について説明し，この第２の発電装置の制御をエン
ジンガバナによって行うように説明したが，どのような
エネルギーによって駆動される原動機であっても，それ
ぞれの原動機に対応した制御手段を用いることによって
本発明を適用することが可能である。即ち，第２の発電
装置にも自然エネルギーによる発電装置を用いても良い
。発電電力消費用負荷装置５を抵抗器５２に流す電流を
電力調整コントローラ５１によって制御するように説明
したが，この発電電力消費用負荷装置５に使用する部品
とその構成に対応して電力調整コントローラの制御手段
を適切に設定することができる。例えば抵抗器５２に可
変抵抗器を用い，この抵抗値を自動的に操作するように
しても良いし，複数の抵抗器を設けて切り換える等の手
段によっても良い。また，スイッチング素子等によって
固定の抵抗器に流す電流値を変化させるようにしても良
い。このハイブリッド発電装置の設置場所や装置の構成
や負荷条件に対応して，発電電力消費用負荷装置５の装
着は必ずしも実施しなくてもよく，その場合は，負荷に
供給する全電力は第１ないし第３の電力トランスジュー
サ１６，２６，３６の計測値の和から得られるので第４
の電力トランスジューサ４６は除くようにしても良い。 また，第４の電力トランスジューサ４６を出力回路に設
けないで，発電電力消費用負荷装置５を装着した回路に
設けて直接発電電力消費用負荷装置５によって消費され
る電力を直接計測するようにし，このハイブリッド発電
装置の全消費電力は上記第１乃至第４の電力トランスジ
ューサから算出するようにしても良い。また，それぞれ
の機械的な発電機を同期発電機として説明したが，それ
ぞれの周波数その他の制御手段を用いることによって，
その他任意の発電手段及び／又は変換手段を用いても良
い。また，本実施例は交流発電機を例にして説明したが
，直流発電装置であっても同様に実施することができる
。

【００１５】

【発明の効果】上述したように，本発明におけるハイブ
リッド発電装置は，太陽電池，風力発電等の自然エネル
ギーを利用した第１の発電装置のほかに，この第１の発
電装置と系統連携され，原動機により駆動される発電機
を利用した第２の発電装置と，上記第１の発電装置と第
２の発電装置の負荷に対する電力の供給比率を制御する
制御装置とを備えるようにしたので，次のように優れた
効果を有する。■自然エネルギ−に依存する第１の発電
装置の発電量の増減に対応して，第２の発電装置の発電
量による補償量が自動的に制御されるため，自然現象の
変化に影響されることなく常に負荷に対して適量の電力
供給を安定して実行できる。■また，上記制御装置によ
り制御される発電電力消費用負荷装置を備えるようにす
ることによって，負荷電力の消費量が適性な発電能力に
比して小なる場合は，この発電装置の余剰電力を当該負
荷装置に供給することによって，上記第２の発電装置が
低負荷のために運転が不安定になったり，性能が劣化す
る恐れを無くすことができる。したがって，第２の発電
装置が運転中に自然エネルギーによる発電量が負荷の必
要とする電力が上回った場合にもこのハイブリッド発電
装置出力の交流周波数が過渡的に上昇したりして，その
発電品質を低下させることはない。■さらに，このハイ
ブリッド発電装置の制御方法においては，上記のハイブ
リッド発電装置において，第１の発電装置の出力を最大
限に利用するように上記制御装置により制御することに
よって，上記第１の発電装置の発電量の大小に関係なく
，この第１の発電装置からの不足電力のみを第２の発電
装置から得るようにすることができる。したがって，こ
のように制御することによって自然エネルギーが有効最
大に活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるハイブリッド発電装置の動作説明
のための回路例を示すブロック回路図である。

【符号の説明】

１：風力発電装置 ２：太陽光発電装置 ３：第２の発電装置 ４：制御装置 ５：発電電力消費用負荷装置 １０：第１の発電装置 １１：風車 １２，３２：同期発電機 ２１：太陽電池 ２２：インバータ ３１：原動機（エンジン） ４１：エンジンコントローラ ５１：電力調整コントローラ ５２：抵抗器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　太陽電池，風力発電等の自然エネルギ
   ーを利用した第１の発電装置と，この第１の発電装置と
   連携され，原動機により駆動される発電機を利用した第
   ２の発電装置と，この第２の発電装置を制御することに
   より上記第１の発電装置と第２の発電装置の負荷に対す
   る電力の供給比率を制御する制御装置とを備えたことを
   特徴とするハイブリッド発電装置。
2. 【請求項２】　　上記制御装置により制御される発電電
   力消費用負荷装置を備えたことを特徴とする請求項１記
   載のハイブリッド発電装置。
3. 【請求項３】　　第１の発電装置の出力を最大限に利用
   するように上記制御装置により制御することを特徴とし
   た請求項１又は２記載のハイブリッド発電装置の制御方
   法。