KR101572718B1 - 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관한 발전 시스템(1)은, 발전 장치(2)와, 발전 장치(2)에서 발전된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터(3)와, 컨버터(3)에서 변환된 직류 전력을, 계통에 연계 가능한 교류 전력으로 변환하는 연계형 인버터(4)를 구비하는 동시에, 컨버터(3)와 연계형 인버터(4) 사이에서, 부하에 직류 또는 교류의 전력을 공급하는 부하 출력부(12)를 구비하고 있다. 이와 같은 구성에 의해, 발전 시스템에 있어서 연계하에 있었던 전력 계통이 정전된 경우에 있어서도 계속해서 발전을 행하여, 높은 발전 효율을 유지한다.

Description

발전 시스템{POWER GENERATING SYSTEM}

본 발명은, 전력 계통으로부터의 전력 공급이 끊어진 상태나 전력 계통과의 연계가 절단된 상태로 되어도 발전을 유지할 수 있는 발전 시스템에 관한 것이다.

종래부터, 병원, 공공 기관, 제조소, 주택 등에 있어서는, 전력 계통과는 별도로 자발적으로 발전을 행할 수 있는 발전 설비가 설치되는 경우가 있다. 이와 같은 발전 설비는, 설치된 장소에서 필요로 하는 발전을 행하는 동시에, 잉여로 된 발전 전력을 계통 연계된 전력 계통(즉, 전력 회사)에 매전(賣電)할 수도 있게 되어 있다. 이와 같이 자립적인 발전을 가능하게 하는 발전 시스템으로서는, 다음과 같은 것이 알려져 있다.

예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2007-006683호에는, 가열 매체와의 열교환에 의해 작동 매체를 증발시키는 증기 발생기와, 상기 증기 발생기에서 증발된 작동 매체를 팽창시켜 기계적 동력을 얻는 팽창기와, 냉각 매체와의 열교환에 의해 상기 팽창기에서 팽창한 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 팽창기에서 얻어진 기계적 동력에 의해 구동되어 발전하는 발전기와, 상기 발전기에서 발전한 전력 혹은 상용 전력에 의해 작동하고, 상기 냉각 매체를 상기 응축기에 도입하는 냉각 매체 도입 수단과, 상기 팽창기 및 상기 발전기의 운전 조건이 소정의 값을 초과하지 않도록 상기 냉각 매체 도입 수단에 송전하는 전력을 제어하는 제어 장치를 구비하는 발전 장치가 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 출원 공개 제2005-218163호에는, 연료 유량에 따라 출력 제어 가능한 가스 터빈에, 영구 자석식 동기 발전기가 연결되는 터빈 발전기와, 터빈 발전기에 접속되는 컨버터와, 컨버터와 부하 사이에 접속되는 인버터와, 교류 연계 계통에 접속되는 변압 수단과, 변압 수단과 인버터 사이에 접속되는 정류 수단과, 컨버터로부터의 출력부인 직류부에 접속되는 회생 저항을 포함하고, 터빈 발전기로부터 컨버터를 통해 인버터에 급전되는 전압이, 미리 정하는 제1 전압값 이하인 상태에서는, 변압 수단 및 정류 수단을 통해 교류 연계 계통으로부터 인버터에 급전하고, 터빈 발전기로부터 컨버터를 통해 인버터에 급전되는 전압이, 미리 정하는 제2 전압값 이상인 상태에서는, 회생 저항에 의해 잉여 전력을 소비하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 터빈 발전 장치가 개시되어 있다.

상술한 2건의 선행 기술의 발전 장치는, 전력 계통에 항상 연결된 상태로 되어 있어, 연계된 전력 계통에 발전한 전력을 매전할 때는, 발전한 전력의 전압, 주파수, 위상을 외부 전력 계통을 흐르는 것과 동조 가능하게 하는(정확하게 일치시키는) 연계형의 인버터를 구비하고 있다.

그런데, 이와 같은 연계형의 인버터는, 전력 계통의 전압, 주파수, 위상을 참조로 하여, 발전한 전력의 전압, 주파수, 위상을 조정하는 구성으로 되어 있다. 그로 인해, 전력 계통이 어떠한 이유로 정전되어 버리면, 참조해야 하는 위상 등이 없어져 버려, 발전한 전력의 전압, 주파수, 위상을 조정할 수 없게 되어 버린다. 그로 인해, 상기 2건의 선행 기술의 발전 시스템에서는, 전력 계통이 정전되면 연계형의 인버터도 정지하여, 발전한 전력을 부하로 보낼 수 없게 된다. 그 결과, 발전 장치에 의한 무부하에서의 발전을 피할 필요로부터, 발전 시스템도 운전을 계속할 수 없게 되어, 최종적으로는 발전 시스템에서의 발전도 정지해 버린다.

또한, 전력 계통의 정전에 의해 정지하고 있었던 발전 시스템을 다시 시동시키기 위해서는, 발전 시스템이 랭킨 사이클의 경우에는 작동 매체나 냉각수를 순환시키는 펌프 등을 움직인다고 하는 조작을 행한 후가 아니면, 정상적인 발전을 행할 수 없다. 그로 인해, 상기 2건의 선행 기술의 발전 시스템에서는, 정전되어 있었던 전력 계통이 복귀되어, 전력 계통으로부터의 전력 공급이 가능해진 경우에도, 상술한 펌프 등을 처음에 움직이게 한 후가 아니면 발전을 행할 수 없다. 즉, 전력 계통이 복귀되어도 실제로 자립한 발전 시스템에서 발전된 전력을 공급할 수 있게 되기 위해서는 장대한 시간이 필요해지고, 결과적으로 발전 효율이 크게 내려가 버린다고 하는 문제도 있다.

본 발명은, 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 연계하에 있었던 전력 계통이 정전된 경우에 있어서도 계속해서 발전을 행할 수 있어, 높은 발전 효율을 유지할 수 있는 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음의 기술적 수단을 강구하고 있다.

즉, 본 발명의 발전 시스템은, 발전 장치와, 상기 발전 장치에서 발전된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터와, 상기 컨버터에서 변환된 직류 전력을, 계통에 연계 가능한 교류 전력으로 변환하는 연계형 인버터를 구비하는 동시에, 상기 컨버터와 연계형 인버터 사이에서, 부하에 직류 또는 교류의 전력을 공급하는 부하 출력부를 구비하고 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 부하 출력부는, 상기 컨버터에서 변환된 직류 전력을, 교류 전력으로 변환하여 상기 부하에 출력하는 독립형 인버터를 갖고 있으면 된다.

또한, 바람직하게는, 상기 컨버터와 상기 부하 출력부 사이에, 부하 변동에 따라 발생하는 상기 컨버터의 출력측의 전압 변동을 안정화시키는 전압 안정화 수단을 구비하고 있으면 된다.

또한, 바람직하게는, 상기 컨버터와 부하 출력부 사이에, 상기 전압 안정화 수단과 병렬로 배터리를 구비하고 있으면 된다.

또한, 바람직하게는, 상기 배터리의 충방전을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 배터리의 전압이 제1 개폐 임계값 이하인 경우에, 또는, 상기 배터리의 전압이 상기 제1 개폐 임계값보다도 높고, 또한, 상기 컨버터 및 상기 부하 출력부를 연결하는 직류 배선의 전압이 제2 개폐 임계값 이하인 경우에, 상기 배터리를 상기 직류 배선에 접속하면 된다.

또한, 바람직하게는, 상기 배터리에 직렬로 접속되는 저항을 구비하고, 상기 제어부는, 상기 배터리의 전압이 상기 제1 개폐 임계값 이하이고, 또한, 상기 직류 배선의 전압이 제3 개폐 임계값 이상인 경우에, 상기 배터리 및 상기 저항을 상기 직류 배선에 접속하면 된다.

또한, 바람직하게는, 제1 배터리와, 상기 제1 배터리에 직렬로 접속되고, 정격 전압이 상기 제1 배터리보다도 낮은 제2 배터리와, 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리의 충방전을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 컨버터 및 상기 부하 출력부를 연결하는 직류 배선의 전압이 제4 개폐 임계값보다도 큰 경우에, 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 상기 직류 배선에 접속하면 된다.

또한, 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 직류 배선의 전압이, 상기 제4 개폐 임계값 이하이고, 또한, 상기 제2 배터리의 전압이 제5 개폐 임계값보다도 큰 경우에, 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 상기 직류 배선에 접속하면 된다.

또한, 바람직하게는, 제1 배터리와, 상기 제1 배터리보다도 정격 전압이 낮은 제2 배터리와, 상기 컨버터 및 상기 부하 출력부를 연결하는 직류 배선과 상기 제1 배터리의 접속 및 상기 직류 배선과 상기 제2 배터리의 접속을 전환하는 제1 접점부와, 상기 제1 접점부의 전환을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 제1 접점부의 전환에 의해 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 개별로 충전하면 된다.

또한, 바람직하게는, 상기 제2 배터리를 상기 제1 배터리에 직렬로 연결하는 제2 접점부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 제2 접점부의 전환을 제어하고, 상기 직류 배선의 전압이 제1 전위 설정 범위의 상한값보다도 크고, 또한, 하한값보다도 작은 경우에, 상기 제2 접점부가 폐쇄되어 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 상기 직류 배선에 접속하면 된다.

또한, 바람직하게는, 상기 발전 장치로서, 작동 매체를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기에서 증발된 작동 매체의 증기를 팽창시켜 상기 발전기를 구동하는 회전 구동력을 발생시키는 팽창기와, 상기 팽창기에서 팽창한 작동 매체의 증기를 액체로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축한 액체의 작동 매체를 순환시키는 작동 매체 펌프를 폐쇄 루프 형상의 순환 배관상에 구비한 바이너리 사이클 발전 장치를 채용하고 있으면 된다.

본 발명의 발전 시스템에 따르면, 연계하에 있었던 전력 계통이 정전된 경우에 있어서도 계속해서 발전을 행할 수 있어, 높은 발전 효율을 유지할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태의 발전 시스템의 설명도.
도 2는 제2 실시 형태의 발전 시스템의 설명도.
도 3은 제3 실시 형태의 발전 시스템의 설명도.
도 4는 종래의 발전 시스템의 설명도.
도 5는 제4 실시 형태의 발전 시스템의 설명도.
도 6은 제4 실시 형태의 발전 시스템에 있어서의 제1 배터리의 충방전의 수순을 나타낸 흐름도.
도 7은 제5 실시 형태의 발전 시스템의 설명도.
도 8은 제5 실시 형태의 발전 시스템에 있어서의 제1 배터리의 충방전의 수순을 나타낸 흐름도.
도 9는 제6 실시 형태의 발전 시스템의 설명도.
도 10은 제6 실시 형태의 발전 시스템에 있어서의 제1 배터리의 충방전 및 제2 배터리의 충전의 수순을 나타낸 흐름도.
도 11은 제6 실시 형태의 발전 시스템에 있어서의 제1 배터리의 충방전 및 제2 배터리의 충전의 수순을 나타낸 흐름도.
도 12는 제7 실시 형태의 발전 시스템의 설명도.
도 13은 제7 실시 형태의 발전 시스템에 있어서의 제1 배터리 및 제2 배터리의 충방전의 수순을 나타낸 흐름도.

[제1 실시 형태]

이하, 본 발명의 발전 시스템(1)의 제1 실시 형태를, 도면을 사용하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태의 발전 시스템(1)은, 전력 회사 등이 공급하는 전력 계통과는 별도로 설치된 자립적인 발전 설비이며, 스스로 발전한 전력을 부하(예를 들어, 공장 내의 설비 등)에 공급하거나, 전력 계통에 매전할 수 있게 되어 있다.

본 발명의 발전 시스템(1)에 설치되는 발전 장치(2)(발전기)는, 어떤 발전 방식에 속하는 것이어도 된다. 예를 들어, 증기를 사용한 랭킨 사이클이나 가스 터빈과 같은 발전 방식이어도 되고, 수력, 태양광, 풍력 등의 자연 에너지로 발전을 행하는 방식이어도 된다. 또한, 이후의 제1 실시 형태 및 후술하는 제2 실시 형태에서는, 바이너리 사이클을 이용한 발전 장치(2)(바이너리 발전 장치)를 사용한 예를 들어, 본 발명의 발전 시스템(1)을 설명한다.

제1 실시 형태의 발전 시스템(1)은, 소정의 전력(예를 들어, 200V의 3상 교류)을 발전 가능한 발전 장치(2)(발전기)와, 이 발전 장치(2)에서 발전된 교류의 전력을 직류의 전력으로 변환하는 컨버터(3)와, 컨버터(3)에서 변환된 직류의 전력을 외부의 계통(전력 계통)에 연계 가능한 교류로 변환하는 연계형 인버터(4)를 갖고 있다.

다음에, 제1 실시 형태의 발전 시스템(1)을 구성하는 발전 장치(2), 컨버터(3) 및 연계형 인버터(4)에 대해, 우선 설명한다.

제1 실시 형태의 발전 장치(2)는, 바이너리 사이클을 사용하여 발전을 행하는 바이너리 발전 장치(2)이며, 발전 장치(2) 외에서 발생한 지열이나 공장 배열 등과 같은 열원을 이용하여 발전을 행하는 것이다.

이 발전 장치(2)는, 열원의 열을 이용하여 액체의 작동 매체(예를 들어, 대체 플론 등)를 증발시키는 증발기(5)와, 이 증발기(5)에서 생성된 작동 매체의 증기를 사용하여 팽창기(6)의 터빈(예를 들어, 스크류 팽창기의 스크류 터빈)을 회전시켜 발전을 행하는 발전기(7)와, 이 발전기(7)에서 발전에 사용된 작동 매체의 증기를 응축시켜 액체로 되돌리는 응축기(8)를 갖고 있다. 이들 증발기(5), 팽창기(6), 응축기(8)는 작동 매체를 순환시키는 폐쇄 루프 형상의 순환 배관(9)에 의해 접속되어 있고, 이 순환 배관(9)에는 작동 매체(예를 들어, 물보다 비점이 낮은 저비점의 유기 매체 등)를 증발기(5)로부터 팽창기(6)·응축기(8)를 경유하여 증발기(5)에 귀환하는 순서대로 순환시키는 매체 순환 펌프(10)가 구비되어 있다.

또한, 이 발전 장치(2)에 사용되는 발전기(7)는 교류를 발생시키는 발전기이며, 발전기(7)에서 발전된 교류의 전력(3상 교류)은, 3극 배선을 통해 컨버터(3)에 보내진다.

컨버터(3)는, 발전기(7)에서 발전된 교류의 전력을 직류로 변환하는 것이다. 이 컨버터(3)에서 직류로 변환된 직류 전력은, 직류 상태인 채로 컨버터(3)로부터 독립형 인버터(14)에 보내진다.

독립형 인버터(14)는, 후술하는 연계형 인버터(4)와는 달리, 장치 자신에 있어서, 출력측의 전압, 주파수, 위상을 설정하는 것이 가능하게 되어 있는 것이다. 따라서, 예를 들어 부하(11)가 200V, 60㎐의 3상 교류로 가동하는 부하(11)인 경우에는, 독립형 인버터(14)에 있어서의 변환 후의 교류의 특성의 설정을 「전압＝200V, 주파수＝60㎐, 위상차＝120°」로 지정하면 된다. 그에 의해, 독립형 인버터(14)는, 발전 장치(2)에서 발전되고, 컨버터(3)를 경유하여 공급되는 직류 전력을, 원하는(부하에 맞는) 교류 전력으로 변환할 수 있다.

부하(11)에 전력을 공급한 후에 발전 장치(2)에서 발전된 전력에 여유가 있는 경우에는, 발전한 전력의 일부를 전력 계통에 매전할 수도 있다. 예를 들어, 컨버터(3)로부터 독립형 인버터(14)를 향하는 직류 배선의 도중에 분기 배선을 설치하고, 이 분기 배선에 연계형 인버터(4)를 설치한다.

이 연계형 인버터(4)는, 컨버터(3)에서 직류로 변환된 전력을 다시 교류로 변환하는 것이다. 이 연계형 인버터(4)에는, 도면 중에 점선으로 나타내는 바와 같이 외부에 설치된 전력 계통에서 공급되어 있는(전력 회사로부터 공급되어 있는) 교류의 전압, 주파수, 위상의 정보가 입력되어 있고, 연계형 인버터(4)는 전력 계통으로부터 입력된 정보에 맞추어, 전력 계통에서 공급되어 있는 것과 완전히 동일한 전압, 주파수, 위상의 교류로 직류의 전력을 변환하는 것으로 되어 있다.

예를 들어, 이 연계형 인버터(4)에, 200V, 60㎐, 위상차 120°의 전력 계통이 접속되어 있는 경우, 이 전력 계통의 품질에 맞추어 직류의 전력을 200V, 60㎐, 위상차 120°의 교류로 고정밀도로 변환한다. 또한, 이 연계형 인버터(4)에서는, 전력 계통을 흐르는 교류 전력과의 사이에 위상차가 발생하지 않도록, 전력 계통을 흐르는 교류 전력과 위상이 동기한 교류가 출력된다. 이와 같이 하여 연계형 인버터(4)에서 변환된 교류의 전력은, 필요에 따라 외부의 전력 계통에 공급(매전)할 수 있다.

이상 서술한 본 실시 형태의 발전 시스템(1)은, 바꿔 말하면, 컨버터(3)와 연계형 인버터(4) 사이에, 부하(11)에 직류 또는 교류의 전력을 공급하는 부하 출력부(12)[독립형 인버터(14)]를 설치한 것이다. 이 위치에 부하 출력부(12)를 설치하는 것은, 다음과 같은 이유 때문이다.

도 4는 비교예에 관한 발전 시스템을 도시하는 도면이다. 컨버터에서 직류로 변환된 전력을 인버터(104)에서 교류로 변환한 후, 교류로 변환된 전력을 부하(111)에 보내는 경우를 생각한다.

이 인버터(104)는, 상술한 연계형 인버터(4)와 마찬가지로 전력 계통을 흐르는 전력의 전압, 주파수, 혹은 위상과 동등해지도록 직류를 교류로 변환하는 것, 바꿔 말하면 연계형의 인버터(104)로 되어 있을 필요가 있다.

그런데, 도 4에 도시한 바와 같은 시스템에 있어서, 전력 계통이 낙뢰나 재해 등에 의해 정전된 경우에는 발전을 계속하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 왜냐하면, 인버터(104)는, 예를 들어 전력 계통을 흐르는 전력의 전압, 주파수, 혹은 위상과 동등해지도록 직류를 교류로 변환하고 있으므로, 인버터(104)가 정지해 버리면, 직류의 전력을 교류로 변환할 수 없다. 그렇게 되면, 도 4에 도시하는 발전 시스템에서는, 발전한 전력을 부하(111)에 보낼 수 없게 되어, 발전을 계속하는 것이 불가능해진다.

이와 같이, 도 4의 발전 시스템에서는, 전력 계통이 정전된 경우에는, 전력 계통과는 별도로 자가 발전이 가능한 발전 장치(102)가 설치되어 있음에도 불구하고, 부하에 전력을 공급할 수 없게 된다.

한편, 본 발명의 발전 시스템(1)에서는, 컨버터(3)와 연계형 인버터(4) 사이에, 상술한 바와 같은 부하 출력부(12)를 설치하여, 부하 출력부(12)로부터 연계형 인버터(4)를 경유하는 일 없이 직접 부하(11)에 전력을 공급함으로써, 전력 계통의 정전 등의 이유에 의해 연계형 인버터(4)가 정지한 경우이어도, 독립형 인버터(14)는 계속해서 움직이므로, 발전한 전력을 부하(11)에 공급하는 것을 가능하게 하고 있다. 이와 같이 하면 발전 장치(2)에서 발전한 전력을 부하(11)에서 계속해서 소비하는 것이 가능해져, 연계형 인버터(4)가 정지해도 발전 장치(2)에서의 발전을 계속하는 것이 가능해진다.

마침내, 정전되어 있었던 전력 계통이 복귀되어 전력 계통으로부터의 전력 공급이 가능하게 되면, 정지 상태에 있었던 연계형 인버터(4)를 재시동시킨다. 그렇게 하면, 발전한 전력을 전력 계통에 공급하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상술한 부하 출력부(12)를 컨버터(3)와 연계형 인버터(4) 사이에 설치하여, 발전 장치(2)에서 발전한 전력을 부하에 공급하는 경우에는, 도시예와 같이 부하 변동에 따라 발생하는 컨버터(3)의 출력측의 전압 변동을 안정화시키는 전압 안정화 수단(13)이, 컨버터(3)와 부하 출력부(12) 사이에 구비되어 있는 것이 바람직하다.

도 1에 도시한 바와 같이, 전압 안정화 수단(13)은, 컨버터(3)로부터 독립형 인버터(14)에 도달할 때까지의 직류 배선에 설치되어 있어, 부하 변동에 따라 이들 직류 배선간에 발생하는 전압 변동을 안정화시키는 것이다. 바꿔 말하면, 전압 안정화 수단(13)은, 직류 배선간에 발생하는 전압 변동을 안정화시킴으로써, 부하(전압)의 변동을 흡수하는 것이라고 할 수도 있다.

구체적으로는, 전압 안정화 수단(13)은, 직류 배선간(극간)을 연결하는 배선 상에 설치된 저항(15)과, 직류 배선간의 전압을 측정하는 전압 측정기(16)를 갖고 있다. 또한, 전압 안정화 수단(13)은, 전압 측정기(16)에서 측정된 전압이 소정의 전압으로 되어 있는지의 여부를 비교(판단)하는 비교부(17)(콤퍼레이터 등)와, 비교부(17)에서의 판단의 결과에 따라, 예를 들어 20㎑의 고주파수로 작동하는 스위칭부(18)를 구비하고 있다. 스위칭부(18)는, 고주파 게이트 지령부(19)(지령부)와 이 고주파 게이트 지령부(19)의 신호가 게이트에 입력되는 IGBT(20)(파워 스위칭 소자)를 구비하고 있어, IGBT(20)의 스위칭 동작에 의해 직류 배선간에서 발생하는 부하(전압)를 조정하고 있다. 또한, 직류 배선간을 연결하는 배선상에는, 스위칭부(18)와 병렬로 정류자가 설치되어 있어도 된다.

또한, 스위칭부(18)를 구성하는 IGBT(20) 대신에 SSR(Solid State Relay)이나 컨택터(SSC)를 사용할 수도 있다. 또한, 본 발명의 전압 안정화 수단(13)에서는, 스위칭부(18)를 트랜지스터(TR) 등으로 구성하는 것도 가능하다. 트랜지스터로 구성하면, 고속의 스위칭 동작을 불필요로 할 수 있어, 간편한 구성이면서도 노이즈 발생 등의 문제를 회피 가능해진다.

또한, 부하 출력부(12)로부터 부하(11)로 보내지는 전력은 일반적으로는 교류인 경우가 많지만, 직류이어도 된다. 부하가, 예를 들어 직류로 움직이는 설비인 경우에는, 직류인 상태로 부하에 전력을 공급하는 편이 낫기 때문이다.

다음에, 상술한 발전 시스템(1)에 있어서 전력 계통이 정전되었을 때에 행해지는 조작과, 비교예에 관한 발전 시스템(1)에 있어서 전력 계통이 정전되었을 때에 행해지는 조작을 대비하여, 본 발명의 발전 시스템(1)이 갖는 작용 효과에 대해 상세하게 설명한다.

예를 들어, 송전선에 낙뢰가 있거나 발전소가 재해 등을 입어 전력 계통이 정전된 경우를 생각한다. 이와 같이 전력 계통이 정전되면, 전력 계통으로부터 연계형 인버터(4)에 대해 입력되는 신호가 없어져, 직류의 전력을 교류로 변환할 수 없어져 연계형 인버터(4)는 정지해 버린다.

여기서, 도 4에 도시하는 발전 시스템(101)[참고의 발전 시스템(101)]이면, 부하(111)가 연계형 인버터(104)보다도 전력 계통측에 설치되어 있으므로, 연계형 인버터(104)가 정지하면, 발전 장치(102)측으로부터 부하(111)에 소정의 전압, 주파수, 위상을 구비한 교류를 보낼 수 없게 된다. 그 결과, 부하(111)에 대한 전력의 공급이 완전하게 스톱한다. 그리고 발전 장치(102)는 무부하에서 발전을 행하게 되므로, 발전 장치(102) 자체도 최종적으로 정지한다.

즉, 도 4의 발전 시스템(101)에서는, 전력 계통이 정전된 경우에는, 전력 계통과는 별도로 자가 발전이 가능한 발전 장치(102)가 설치되어 있음에도 불구하고, 부하에 전력을 공급할 수 없게 된다.

한편, 도 1에 도시하는 제1 실시 형태의 발전 시스템(1)의 경우이면, 전력 계통의 정전에 수반하여 연계형 인버터(4)가 정지해 버린 경우도, 부하 출력부(12)가 부하(11)에 전력을 계속해서 공급한다. 즉, 컨버터(3)에서 변환된 직류의 전력을 부하 출력부(12)의 독립형 인버터(14)가 교류의 전력으로 변환하고, 부하(11)에 맞춘 전압, 주파수, 또는 위상의 교류를 계속해서 공급한다. 그로 인해, 전력 계통이 정전된 후도 발전 장치(2)에서 발전한 전력은 부하(11)에 보내지고, 전력 계통이 정전되어도 부하(11)인 설비 등은 운전을 계속할 수 있다. 즉, 제1 실시 형태의 발전 시스템(1)은, 고신뢰성을 갖는 발전 시스템(1)이다. 또한, 제1 실시 형태의 발전 시스템(1)의 경우에는 발전 장치(2)는 정지하지 않으므로, 종래의 발전 시스템(1)과 같이 발전 장치(2)를 재시동시키기 위해 복잡한 조작은 불필요하게 된다.

[제2 실시 형태]

다음에, 제2 실시 형태의 발전 시스템(1)에 대해, 도 2를 사용하여 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태의 발전 시스템(1)은, 컨버터(3)와 부하 출력부(12) 사이에, 상술한 전압 안정화 수단(13)과 병렬로 배터리(21)(축전 수단)를 구비하고 있는 점이, 제1 실시 형태와 크게 다르다.

구체적으로는, 이 제2 실시 형태의 발전 시스템(1)은, 직류의 전력을 축전하는 배터리(21)를 갖고 있다. 이 배터리(21)는, 컨버터(3)로부터 독립형 인버터(14)를 향하는 직류 배선(내지는 분기 배선)에 설치된 축전 유닛이며, 일정 시간만 전력을 공급 가능한 것으로 되어 있다. 이 배터리(21)는, 직류 배선에 대해 ON／OFF 스위치를 통해 접속되어 있다. 배터리(21)에 축적된 전력은, 예를 들어 냉매 펌프(10)나 발전 장치(2)의 기동에 사용된다. 또한, 당해 전력은 발전 시스템(1) 이외의 기기에 공급되어도 된다.

그런데, 제2 실시 형태의 발전 시스템(1)에 있어서, 상술한 전압 안정화 수단(13)에 더하여 배터리(21)를 설치하는 이유는, 다음과 같은 것이다.

예를 들어, 상술한 발전 시스템(1)에 있어서, 부하측에서 소비하는 전력량이 상정 이상으로 커진 경우를 생각한다. 이 경우, 부하의 증대에 맞추어 발전 장치(2)에서 발전되는 전력을 신속히 늘리는 것이 요망된다.

그러나 제2 실시 형태의 발전 시스템(1)에 있어서의 발전 장치(2)는, 바이너리 사이클을 사용한 발전 장치(2)이며, 바이너리 사이클에서는 작동 매체의 순환량을 급격하게 증가시킬 수 없고, 그로 인해 발전된 전력이 바로 증가하는 일은 없어, 증대하는 부하에 대해 발전되는 전력의 추종이 지연되는 경향이 있다. 또한, 저항(15), IGBT(20) 등으로 구성된 제1 실시 형태와 대략 동일한 전압 안정화 수단(13)에서는, 직류 배선을 흐르는 직류 전력의 일부를 저항(15)에서 소비하는 것이며, 부하의 증대에 맞추어 공급 전력을 늘리는 작용을 갖는 것은 아니다.

따라서 제2 실시 형태의 발전 시스템(1)에서는, 전압 안정화 수단에 더하여 배터리(21)를 설치해 두고, 부하 변동에 의해 부하측의 소비 전력이 커진 경우에는, 배터리(21)의 스위치를 ON으로 하여, 배터리(21)에 충전된 전력을 부하 출력부(12)측으로 공급한다. 이러한 배터리(21)로부터의 전력 공급에 의해, 독립형 인버터(14)의 입력측에서의 전력 부족, 전압 저하를 회피할 수 있어, 독립형 인버터(14)의 출력(즉, 부하측)에서 전압이 저하되는 등의 문제를 확실하게 방지할 수 있는 것으로 된다.

그리고 배터리(21)를 사용하여 증가한 부하(11)를 보충하고 있는 동안에, 바이너리 사이클에서의 작동 매체를 늘리는 등 하여, 발전 장치(2)에서 발전되는 전력을 증대시킨다. 마침내, 부하(11)의 증분에 대응한 전력이 발전 장치(2)에서 발전할 수 있게 되면, 배터리(21)를 0FF로 하고, 컨버터(3) 내지 독립형 인버터(14) 사이의 직류 배선으로부터 분리시키도록 한다. 반대로, 부하측에서 소비하는 전력량이 상정 이상으로 작아진 경우에는, 배터리(21)의 스위치를 OFF로 한 채, 제1 실시 형태와 동일한 전압 안정화 수단(13)을 사용하여 전력의 일부를 소비하여, 컨버터(3)와 독립형 인버터(14) 사이의 직류 배선을 흐르는 직류 전력의 전압을 작게 하면 된다. 이때, 배터리(21)의 스위치를 ON으로 하여 배터리(21)에의 충전을 행하도록 해도 된다. 이렇게 함으로써, 전력을 불필요하게 사용하는 상황[전압 안정화 수단(13)을 사용하여 전력의 일부를 열로서 소비]을 다소나마 회피할 수 있게 된다.

이와 같이, 전압 안정화 수단(13) 및 배터리(21)를 설치하면, 부하의 증대, 감소에도 확실하게 대응하고, 컨버터(3) 내지 독립형 인버터(14) 사이의 직류 배선에 있어서의 전압 변동을 보상하여 항상 안정적인 전력을 공급할 수 있는 고신뢰성을 구비한 발전 시스템(1)을 실현할 수 있게 된다. 또한, 제2 실시 형태의 다른 구성이나 다른 작용 효과는, 제1 실시 형태와 대략 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

[제3 실시 형태]

다음에, 제3 실시 형태의 발전 시스템(1)에 대해, 도 3을 사용하여 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태의 발전 시스템(1)은, 고온 고압의 증기 등을 이용하여 발전을 행하는 발전 장치(2)를 사용하고 있는 점이 제1 실시 형태와 크게 다르다.

즉, 제3 실시 형태의 발전 시스템(1)에 설치되는 발전 장치(2)는, 스크류 팽창기(6)와, 이 스크류 팽창기(6)에서 발생하는 회전 구동력에 의해, 발전을 행하는 발전기(7)를 구비하고 있다. 또한, 스크류 팽창기(6) 내에 고온 고압의 증기를 도입하는 고압 증기 배관(23)과, 스크류 팽창기(6) 내에서 팽창된 저압의 증기를 배출하는 저압 증기 배관(24)을 구비하고 있다. 이 고압 증기 배관(23)에는, 스크류 팽창기(6) 내에 유입되는 증기의 압력을 계측하는 입력측의 압력계(25)와, 팽창기 내에 유입되는 증기의 압력이나 유량을 조정하는 조정 밸브(26)가 구비되어 있다.

또한, 저압 증기 배관(24)에는, 스크류 팽창기(6)로부터 외부로 배기되는 증기의 압력을 계측하는 출력측의 압력계(27)와, 스크류 팽창기에서 팽창이 완료된 저압의 증기를 저류하는 버퍼 탱크(28)를 갖고 있다. 이 버퍼 탱크(28)에 저류된 저압의 증기는, 다른 설비 등에서 이차적으로 이용된다.

상술한 바와 같은 제3 실시 형태의 발전 시스템(1)에서는, 고압 증기 배관(23)을 통하여 스크류 팽창기(6) 내에 유도된 고압의 증기가 스크류 팽창기(6)의 스크류 터빈을 회전시키고, 스크류 터빈에 연결된 발전기(7)에서 발전이 행해진다.

즉, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 예를 들어 발전기(7)를 사용하여 발생한 교류의 전력을 컨버터(3)에서 직류 전력으로 변환하고, 컨버터(3)에서 변환된 직류 전력을 연계형 인버터(4)에서 계통에 연계 가능한 교류 전력으로 변환하도록 한 후에, 컨버터(3)와 연계형 인버터(4) 사이에서 부하 출력부(12)를 사용하여 부하(11)에 직류 또는 교류의 전력을 공급하면, 연계하에 있었던 전력 계통이 정전된 경우에 있어서도 계속해서 발전을 행할 수 있어, 높은 신뢰성을 유지하는 것이 가능해진다.

제3 실시 형태의 다른 구성이나 다른 작용 효과는, 제1 실시 형태와 대략 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

[제4 실시 형태]

다음에, 제4 실시 형태의 발전 시스템(1)에 대해, 도 5를 사용하여 설명한다. 발전 시스템(1)의 구성은, 제2 실시 형태의 장치(도 2 참조)와 대략 동일하다. 제1 배터리(30)는, 컨버터(3)로부터 계통으로 향하는 직류 배선(38)[이하, 「모선(38)」이라 함]에 접속되어 있고, 제1 배터리(30)와 모선(38) 사이에는 접점(331)이 설치된다. 제1 배터리(30)의 정격 전압은 342V이다. 제1 배터리(30)는 축전된 전력(10㎾)을 30분간, 부하(11)에 공급하는 것이 가능하다.

접점(331)의 개폐는 제어부(39)에서 행해진다. 접점(331)은 상시 개방 접점이다. 접점(331)으로서 IGBT 등의 반도체 스위치가 사용된다. 모선(38)에 발생하는 전압은 정상적으로 345V 이상 350V 이하의 범위로 제어된다. 이하, 모선(38)에 발생하는 전압을 「모선 전압」으로 하고, 당해 범위를 「정상 범위」로 한다. 단, 발전 시스템(1)은 340V 이상 380V 이하의 범위까지 출력 가능하다. 이하, 당해 범위를 「허용 범위」로 한다.

다음에, 제1 배터리(30)의 충전 및 방전의 수순을 도 6을 참조하면서 서술한다. 우선, 제1 배터리(30)의 플러스측의 위치인 B점의 전위 Vb가 측정되고, 전위 Vb가 미리 설정된 제1 개폐 임계값(본 실시 형태에서는, 341.5V) 이하인지의 여부가 판단된다(스텝 S101). 전위 Vb는 마이너스측 모선(382)을 기준으로 하여 구해져 있고, 실질적으로 제1 배터리(30)의 전압과 동등하다. 전위 Vb가 제1 개폐 임계값 이하로 판단되면, 접점(331)이 폐쇄된다(스텝 S102). 상술한 바와 같이, 모선 전압의 정상 범위가 345V 이상 350V 이하인 점에서 제1 배터리(30)의 전압은 모선 전압보다도 낮아, 제1 배터리(30)가 충전된다. 일정 시간 경과 후, 접점(331)이 초기 상태, 즉 개방되고, 스텝 S101로 복귀되어, 다시 전위 Vb와 제1 개폐 임계값이 비교된다.

스텝 S101에 있어서, 전위 Vb가 제1 개폐 임계값보다도 크다고 판단되면, 도 5 중의 A점, 즉 플러스측 모선(381)의 전위 Va가 측정되고, 전위 Va가 미리 설정된 제2 개폐 임계값(본 실시 형태에서는, 341.5V) 이하인지의 여부가 판단된다(스텝 S103). 전위 Va가 제2 개폐 임계값 이하로 된 경우, 즉 전위 Va가 정상 범위보다도 저하된 경우, 접점(331)이 폐쇄된다(스텝 S102). 제1 배터리(30)가 충분히 충전된 상태에서는, 제1 배터리(30)가 모선(38)으로 방전한다. 이에 의해, 모선 전압이 저하되어도 부하(11)로 공급되는 전력량의 저하를 보충할 수 있다. 일정 시간 경과 후, 접점(331)이 개방되고, 스텝 S101로 복귀된다. 한편, 전위 Va가 제2 개폐 임계값보다도 큰 경우, 접점(331)을 개방한 상태가 유지된다(스텝 S104). 일정 시간 경과 후, 스텝 S101로 복귀된다.

이상에 설명한 바와 같이, 발전 시스템(1)에서는, 제1 배터리(30)의 전압 및 모선 전압에 따라 접점(331)을 개폐함으로써, 접점(331)을 상시 폐쇄하는 경우에 비해, 제1 배터리(30)의 부하를 저감시켜, 제1 배터리(30)를 장수명으로 할 수 있다.

제1 개폐 임계값 및 제2 개폐 임계값은, 모선 전압의 하한값(본 실시 형태에서는 340V) 이상으로 되고, 제1 배터리(30)의 정격 전압(본 실시 형태에서는, 342V) 이하로 되는 것이면 다른 값이어도 된다.

제1 배터리(30)는, 정격 전압이 340V 이상이면 다른 배터리가 사용되어도 된다. 발전 시스템(1)에서는, 접점(331)으로서 반도체 릴레이 대신에 메커니컬 릴레이가 사용되어도 된다. 이하의 실시 형태에 있어서의 각종 접점에 있어서도 마찬가지이다. 발전 시스템(1)에서는, 실질적으로 제1 배터리(30)의 전압과 제1 개폐 임계값의 비교 및 모선 전압과 제2 개폐 임계값의 비교를 행할 수 있는 것이면, 반드시 마이너스측 모선(382)을 기준으로 하여 전위의 측정을 행할 필요는 없다. 이하의 실시 형태에 있어서의 배터리 및 모선과 임계값의 비교에 있어서도 마찬가지이다.

[제5 실시 형태]

다음에, 제5 실시 형태의 발전 시스템(1)에 대해, 도 7을 사용하여 설명한다. 발전 시스템(1)의 구성은, 제1 배터리(30) 및 접점(331)을 통해 모선(38)에 접속되는 분기 경로와, 제1 배터리(30), 저항(31) 및 접점(332)을 통해 모선(38)에 접속되는 분기 경로를 구비한다. 다른 구조는, 제4 실시 형태의 장치와 마찬가지이다. 접점(331, 332)은 상시 개방 접점이다.

도 8은 제1 배터리(30)의 충전 및 방전의 수순을 나타내는 것이다. 우선, B점의 전위 Vb가 측정되고, 전위 Vb가 미리 설정된 제1 개폐 임계값(본 실시 형태에서는, 341.5V) 이하인지의 여부가 판단된다(스텝 S201). 전위 Vb가 제1 개폐 임계값 이하인 경우, 스텝 S202로 이행한다. 전위 Vb가 제1 개폐 임계값보다 큰 경우에는, 스텝 S203으로 이행한다(상세에 대해서는 후술한다).

스텝 S202에서는, A점의 전위 Va를 측정하고, 전위 Va와 미리 설정된 제3 개폐 임계값(본 실시 형태에서는, 345V)을 비교한다. 전위 Va가 제3 개폐 임계값 이상인 경우, 접점(332)이 폐쇄되는 동시에 접점(331)이 개방되어(스텝 S204), 제1 배터리(30)가 충전된다. 저항(31)을 통해 제1 배터리(30)가 충전됨으로써, 모선 전압이 큰 경우이어도, 돌입 전류를 방지할 수 있다. 일정 시간 경과 후, 접점(331, 332)이 초기 상태로 복귀되고, 스텝 S201로 복귀된다.

한편, 스텝 S202에 있어서, 전위 Va가 제3 개폐 임계값보다 작은 경우, 접점(331)이 폐쇄되는 동시에 접점(332)이 개방된다(스텝 S205). 모선 전압이 제1 배터리(30)의 전압보다도 큰 경우에는, 제1 배터리(30)가 충전된다. 모선 전압과 제1 배터리(30)의 전압의 차가 작으므로, 저항(31)을 통하는 일 없이 충전을 행할 수 있어, 불필요한 전력 소비를 방지할 수 있다. 모선 전압이 제1 배터리(30)의 전압보다도 작은 경우에는, 제1 배터리(30)가 방전한다. 일정 시간 경과 후, 접점(331, 332)이 초기 상태로 복귀되고, 스텝 S201로 복귀된다.

스텝 S201에 있어서, 전위 Vb가 제1 개폐 임계값보다도 크다고 판단되면, A점의 전위 Va를 측정하고, 전위 Va와 미리 설정된 제2 개폐 임계값(본 실시 형태에서는, 341.5V)을 비교한다(스텝 S203). 전위 Va가 제2 개폐 임계값 이하인 경우, 접점(331)이 페쇄되는 동시에 접점(332)이 개방된다(스텝 S205). 제1 배터리(30)의 전압이 모선 전압보다도 크기 때문에, 제1 배터리(30)는 모선(38)으로 방전한다. 일정 시간 경과 후, 스텝 S201로 복귀된다.

전위 Va가 제2 개폐 임계값보다도 큰 경우, 접점(331) 및 접점(332)이 개방되어, 제1 배터리(30)와 모선(38)이 분단된다(스텝 S206). 일정 시간 경과 후, 스텝 S201로 복귀된다.

제5 실시 형태에 있어서도, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 제1 배터리(30)가 모선(38)에 상시 접속되는 경우에 비해, 제1 배터리(30)를 장수명으로 할 수 있다. 제3 개폐 임계값은 모선 전압의 허용 범위 내에 있어서, 제2 개폐 임계값보다도 큰 값으로서 설정되는 것이면 임의로 설정되어도 된다.

[제6 실시 형태]

다음에, 제6 실시 형태의 발전 시스템(1)에 대해, 도 9를 사용하여 설명한다. 발전 시스템(1)은, 제1 배터리(30), 접점(331) 및 접점(333)을 통해 모선(38)에 접속되는 분기 경로와, 제1 배터리(30), 접점(331), 제2 배터리(32) 및 접점(334)을 통해 모선(38)에 접속되는 분기 경로와, 제1 배터리(30), 저항(31), 접점(332) 및 접점(333)을 통해 모선(38)에 접속되는 분기 경로와, 제1 배터리(30), 저항(31), 접점(332), 제2 배터리(32) 및 접점(334)을 통해 모선(38)에 접속되는 분기 경로를 구비한다. 본 실시 형태에서는, 제2 배터리(32)의 정격 전압은 30V이다. 그 외의 구성은, 제5 실시 형태와 마찬가지이다. 접점(333)은 상시 폐쇄 접점이다. 접점(331, 332, 334)은 상시 개방 접점이다. 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)에는 내부 저항이 작은 것이 이용되는 것이 바람직하다.

다음에, 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)의 충방전의 흐름에 대해 도 10을 참조하면서 서술한다. 우선, 플러스측 모선(381)의 위치인 A점의 전위 Va를 측정하고, 전위 Va와 미리 설정된 제4 개폐 임계값(본 실시 형태에서는, 375V)을 비교한다(스텝 S301). 전위 Va가 제4 개폐 임계값 이하라고 판단된 경우, 접점(333)이 폐쇄되고, 접점(334)이 개방된다(스텝 S312). 단, 접점(331, 332)은 개방되어 있다. 또한, 전위 Va가 제4 개폐 임계값보다 큰 경우, 즉 모선 전압이 허용 전압의 상한값 근방까지 상승한 경우에 대해서는 후술한다.

다음에, 전위 Va와 제2 배터리(32)의 플러스측의 위치인 C점의 전위 Vc를 비교한다(스텝 S302). 바꾸어 말하면, 모선 전압과 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)의 전압의 합을 비교한다. 전위 Va가 전위 Vc보다 낮다고 판단되면, 제2 배터리(32)의 마이너스측의 위치인 D점에 있어서의 전위 Vd가 구해지고, 전위 Vc와 전위 Vd의 차, 즉 제2 배터리(32)의 전압(Vc-Vd)이 구해진다. 전위 Va가 전위 Vc 이상인 경우의 동작에 대해서는 후술한다. 그리고 제2 배터리(32)의 전압과 미리 설정된 제5 개폐 임계값(본 실시 형태에서는 10V)을 비교한다(스텝 S303).

제2 배터리(32)의 전압이 제5 개폐 임계값보다 큰 경우, 접점(332, 333)이 개방되고, 또한 접점(331, 334)이 폐쇄된다(스텝 S313). 이에 의해, 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)가 모선(38)에 접속되고, 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)가 모선(38)으로 방전한다. 일정 시간 경과 후, 접점(331 내지 334)이 초기 상태로 복귀되고, 스텝 S301로 복귀된다.

그런데, 스텝 S302에 있어서 전위 Va가 전위 Vc 이상인 경우 및 스텝 S303에 있어서 전위 Vc와 전위 Vd의 차(Vc-Vd)가 제5 개폐 임계값 이하인 경우, A점의 전위 Va가 측정되고, 전위 Va와 미리 설정된 제6 개폐 임계값(본 실시 형태에서는, 345V)이 비교된다(스텝 S306). 전위 Va가 제6 개폐 임계값 이상인 경우, 접점(332)이 폐쇄되는 동시에, 접점(331)이 개방된다(스텝 S307). 이에 의해, 저항(31)을 통해 제1 배터리(30)가 충전된다. 모선(38)과 제1 배터리(30) 사이에 저항(31)을 설치함으로써, 돌입 전류를 방지할 수 있다. 일정 시간 경과 후, 접점(331 내지 334)이 초기 상태로 복귀되고, 스텝 S301로 복귀된다.

한편, 스텝 S306에 있어서, 전위 Va가 제6 개폐 임계값보다 작다고 판단되면, 제1 배터리(30)의 플러스측의 위치인 B점의 전위 Vb를 측정하고, 전위 Vb와 제1 개폐 임계값(본 실시 형태에서는, 341.5V)을 비교한다(스텝 S308). 전위 Vb가 제1 개폐 임계값 이하라고 판단되면, 접점(331)이 폐쇄되고, 또한 접점(332)이 개방된다(스텝 S309). 이에 의해, 모선 전압에 따라 제1 배터리(30)의 충전 또는 방전이 행해진다. 모선 전압과 제1 배터리(30)의 전압의 차가 작은 경우에는, 저항(31)을 통하지 않고 충방전이 행해짐으로써, 불필요한 전력 소비를 방지할 수 있다. 일정 시간 경과 후, 접점(331 내지 334)이 초기 상태로 복귀되고, 스텝 S301로 복귀된다.

스텝 S308에 있어서, 전위 Vb가 제1 개폐 임계값보다도 크다고 판단되면, 접점(331, 332)이 개방되어(스텝 S310), 제1 배터리(30)와 모선(38)이 분단된다. 일정 시간 경과 후, 스텝 S301로 복귀된다. 또한, 제1 배터리(30)와 모선(38)의 접속이 분단되는 것이면, 접점(333, 334)을 개방해도 된다.

그런데, 스텝 S301에 있어서, 전위 Va가 제4 개폐 임계값보다 큰 경우, 접점(332, 334)이 폐쇄되고, 접점(331, 333)이 개방된다(스텝 S304). 이에 의해, 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)가 모선(38)에 접속되고, 이들 배터리(30, 32)가 충전된다. 발전 시스템(1)에서는, 모선 전압이 허용 전압의 상한값 근방까지 상승한 경우이어도, 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)에 의해 전력을 흡수할 수 있어, 모선 전압의 급준한 상승에 의한 부하(11)측으로의 과대한 전력의 공급이 억제된다. 일정 시간 경과 후, 접점(331 내지 334)이 초기 상태로 복귀되고, 스텝 S301로 복귀된다.

이상, 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)의 충방전의 흐름에 대해 설명하였지만, 발전 시스템(1)에서는, 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)의 충방전에 의해, 모선 전압이 변동해도 부하(11)측으로 안정적인 전력을 공급할 수 있다. 부하를 사용하여 전력을 소비하는 경우에 비해, 생성된 전력을 효율적으로 이용할 수 있다. 제6 실시 형태에서는, 제4 개폐 임계값은, 모선 전압의 정상 범위의 상한값 이상으로 되고, 허용 범위의 상한값 미만으로 되는 것이면 임의의 값으로 설정되어도 된다. 제6 개폐 임계값은, 제4 개폐 임계값 미만으로 되고, 제1 배터리(30)의 전압 이상으로 되는 것이면 임의의 값으로 설정되어도 된다. 제5 개폐 임계값은, 제1 배터리(30)와 제2 배터리(32)의 전압의 합이 모선 전압보다도 큰 경우에 있어서, 제2 배터리(32)의 정격 전압 미만이며, 모선 전압으로부터 제1 배터리(30)의 전압을 뺀 값 이상의 임의의 값으로 설정되어도 된다.

도 11은 변형예에 관한 충전 및 방전의 수순을 나타내는 흐름도이다. 도 11에서는, 도 10의 스텝 S308 대신에 스텝 S311이 행해진다. 다른 동작은 도 10과 마찬가지이다.

스텝 S306에 있어서, 전위 Va가 제6 개폐 임계값보다 낮다고 판단되면, 전위 Va가 제2 개폐 임계값(본 실시 형태에서는, 341.5V) 이하인지의 여부가 판단된다(스텝 S311). 전위 Va가 제2 개폐 임계값 이하라고 판단되면, 접점(331)을 폐쇄하고, 접점(332)을 개방한다(스텝 S309). 모선 전압에 따라 제1 배터리(30)에 대해 충방전이 행해진다. 또한, 전위 Va가 제2 개폐 임계값보다도 크다고 판단되면, 접점(331, 332)이 개방되어(스텝 S310), 제1 배터리(30)와 모선(38)이 분단된다. 도 11에 나타내는 경우에 있어서도, 부하(11)측으로 안정적인 전력을 공급할 수 있다.

[제7 실시 형태]

다음에, 제7 실시 형태의 발전 시스템(1)에 대해, 도 12를 사용하여 설명한다. 발전 시스템(1)은, 제1 배터리(30), 접점(331) 및 접점(333)을 통해 모선(38)에 접속되는 분기 경로와, 제1 배터리(30), 접점(331), 제2 배터리(32) 및 접점(334)을 통해 모선(38)에 접속되는 분기 경로와, 저항(31), 접점(332), 제2 배터리(32) 및 접점(334)을 통해 모선(38)에 접속되는 분기 경로를 구비한다. 본 실시 형태에서는, 제1 배터리(30)의 정격 전압은 350V이고, 제2 배터리(32)의 정격 전압은 50V이다. 모선 전압의 허용 범위는 330V 이상 380V 이하이다. 그 외의 구성은, 제6 실시 형태와 마찬가지이다.

발전 시스템(1)에서는, 접점(331) 및 접점(333)을 폐쇄함으로써, 제1 배터리(30)가 모선(38)에 접속되고, 접점(332) 및 접점(334)을 폐쇄함으로써, 제2 배터리(32)가 모선(38)에 접속된다. 접점(331) 및 접점(334)을 폐쇄함으로써, 제1 배터리(30) 및 제1 배터리(30)에 직렬로 접속된 제2 배터리(32)가 모선(38)에 접속된다. 이와 같이, 제1 접점부인 접점(331) 및 접점(333)의 세트, 및 접점(332) 및 접점(334)의 세트에 의해, 모선(38)과 제1 배터리(30)의 접속 및 모선(38)과 제2 배터리(32)의 접속이 전환되고, 제1 배터리(30)의 충방전과 제2 배터리(32)에의 충전이 개별로 행해진다. 또한, 제2 접점부인 접점(331) 및 접점(334)의 세트에 의해, 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)와 모선(38)이 접속되고, 이들 배터리(30, 32)의 충방전이 동시에 행해진다.

도 13은 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)의 충전 및 방전의 수순을 나타내는 도면이다. 우선, A점의 전위 Va가 측정되고, 전위 Va가 모선(38)에 있어서의 순간적인 전압 변동이 허용되는 범위인 제1 설정 전위 범위(본 실시 형태에서는 340V 이상 375V 이하의 범위) 내인지의 여부가 판단된다(스텝 S401). 전위 Va가 제1 설정 전위 범위 내인 경우, 접점(331, 333)이 폐쇄되는 동시에 접점(332, 334)이 개방된다(스텝 S402). 전위 Va가 제1 설정 전위 범위 외인 경우에 대해서는 후술한다. 이에 의해, 제1 배터리(30)가 모선(38)에 접속된다. 제1 배터리(30)의 전압이 모선 전압보다도 낮은 경우에는 제1 배터리(30)에 충전이 행해지고, 제1 배터리(30)의 전압이 모선 전압보다도 큰 경우에는 제1 배터리(30)가 방전한다. 이와 같이, 제1 배터리(30)에서 충방전이 행해짐으로써, 모선 전압이 변동해도 부하(11)측으로 안정적인 전력을 공급할 수 있다. 또한, 제1 배터리(30)에 대해, 소위 트리클 충전이 행해지므로, 제1 배터리(30)의 자연 방전을 보충할 수 있다.

일정 시간 경과 후, A점의 전류 Ia, 즉, 제1 배터리(30)와 모선(38) 사이의 전류가 측정되고(스텝 S403), 전류 Ia와 제1 전류 설정값(본 실시 형태에서는, 0.5A)이 비교된다. 전류 Ia가 제1 전류 설정값보다 크다고 판단되면, 스텝 S401로 복귀된다. 전류 Ia가 제1 전류 설정값 이하라고 판단되면, 전위 Va가 모선 전압의 정상 범위(345V 이상 350V 이하의 범위)인 제2 설정 전위 범위 내인지의 여부가 판단된다(스텝 S404).

전위 Va가 제2 설정 전위 범위 외라고 판단되면, 스텝 S401로 복귀된다. 전위 Va가 제2 설정 전위 범위 내라고 판단되면, 제2 배터리(32)의 마이너스측의 위치인 D점의 전위 Vd와, 플러스측의 위치인 C점의 전위 Vc가 측정되고, 제2 배터리(32)의 전압(Vc-Vd)과, 제7 개폐 임계값(본 실시 형태에서는, 40V)이 비교된다(스텝 S405). 제2 배터리(32)의 전압(Vc-Vd)이 제7 개폐 임계값 이상인 경우, 스텝 S401로 복귀된다.

제2 배터리(32)의 전압(Vc-Vd)이 제7 개폐 임계값보다 낮은 경우, 접점(331, 333)을 개방하고, 접점(332, 334)을 폐쇄한다(스텝 S406). 그 결과, 제2 배터리(32)가 충전된다. 발전 시스템(1)에서는, 모선 전압이 제2 설정 전위 범위 내인 것에 의해, 제2 배터리(32)의 충전을 안정적으로 행할 수 있다. 또한, 접점(331, 333) 및 접점(332, 334)의 개폐는 동시에 행해지는 것이 보다 바람직하지만, 접점(331, 333)이 개방된 후에 접점(332, 334)이 폐쇄되어도 된다.

일정 시간 경과 후, 플러스측 모선(381)으로부터 제2 배터리(32)로 분기되는 경로를 흐르는 전류 Ie(도 12에 있어서의 E점의 전류)가 제2 전류 설정값(본 실시 형태에서는, 0.5A) 이하인지의 여부가 판단된다(스텝 S407). 본 실시 형태에서는, 제2 배터리(32)의 충전량의 비율이 50％로 될 때의 전류값을 제2 전류 설정값으로서 설정하고 있다. 단, 제2 전류 설정값은 다른 값으로 되어도 된다. 전류 Ie가 제2 전류 설정값 이하로 되면, 스텝 S401로 복귀된다. 전류 Ie가 제2 전류 설정값보다도 큰 경우, 전위 Va가 제2 설정 전위 범위 내인지의 여부가 판단된다(스텝 S410). 전위 Va가 제2 설정 전위 범위 내인 경우에는, 다시 전류 Ie와 제2 전류 설정값이 비교되고(스텝 S407), 전류 Ie가 제2 전류 설정값 이하라고 판단되면, 스텝 S401로 복귀된다. 전류 Ie가 제2 전류 설정값보다도 큰 경우에는, 전위 Va와 제2 설정 전위 범위가 비교되고(스텝 S410), 전위 Va가 제2 설정 전위 범위 내라고 판단되면, 스텝 S407로 복귀된다. 이와 같이, 전류 Ie가 제2 전류 설정값 이하로 될 때까지 스텝 S407, S410이 반복되어, 충전량이 50％로 될 때까지 제2 배터리(32)가 충전된다. 단, 스텝 S410에 있어서, 전위 Va가 제2 설정 전위 범위를 초과하였다고 판단되면, 강제적으로 스텝 S401로 복귀된다.

그런데, 스텝 S401에 있어서, 측정한 전위 Va가 제1 설정 전위 범위 외라고 판단되면, 접점(331, 334)을 폐쇄하고, 접점(332, 333)을 개방한다(스텝 S408). 전위 Va가 제1 설정 전위 범위의 상한값보다도 큰, 즉 모선 전압이 허용 범위의 상한값 근방인 경우에는, 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)가 충전된다. 일정 시간 경과 후, E점에 있어서의 전류 Ie가 제3 전류 설정값(본 실시 형태에서는, 2A) 이하인지의 여부가 확인되고(스텝 S409), 전류 Ie가 제3 전류 설정값 이하로 되면, 접점(331 내지 334)이 초기 상태로 복귀되고, 스텝 S401로 복귀된다. 또한, 전류 Ie가 제3 전류 설정값보다도 큰 경우, 전류 Ie가 제3 전류 설정값 이하로 될 때까지 소정 시간마다 전류 Ie의 크기가 반복해서 확인된다.

한편, 전위 Va가 제1 설정 전위 범위의 하한값보다도 낮은, 즉 허용 범위의 하한값 근방인 경우, 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)가 방전한다. 일정 시간 경과 후, 전류 Ie가 제3 전류 설정값 이하인지의 여부가 확인되고(스텝 S409), 전류 Ie가 제3 전류 설정값 이하로 되면, 스텝 S401로 복귀된다. 전류 Ie가 제3 전류 설정값보다도 큰 경우, 제3 전류 설정값 이하로 될 때까지 소정 시간마다 전류 Ie의 크기가 반복해서 확인된다.

제1 배터리로서 연축 전지 등의 내부 저항이 큰 것을 사용한 발전 시스템에서는, 모선 전압이 허용 범위의 하한값 근방까지 저하되면, 방전 시에 전압 강하가 큰 점에서 모선에 충분한 전력을 공급할 수 없다. 이에 대해, 발전 시스템(1)에서는, 제1 배터리(30)의 내부 저항에 의한 전압 강하를 제2 배터리(32)에 축전된 전력으로 보충할 수 있다.

이상과 같이, 발전 시스템(1)에서는, 모선 전압이 허용 범위의 상한값 또는 하한값으로 되는 경우이어도, 부하(11)측으로 안정적인 전력을 공급할 수 있다.

이상, 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)의 동작에 대해 설명하였지만, 제1 설정 전위 범위 내에 있어서, 제1 배터리(30)와 제2 배터리(32)가 개별로 충전되는 점에서, 제1 배터리(30) 및 제2 배터리(32)의 과충전을 억제할 수 있다. 또한, 제1 배터리(30)로서 연축 전지 등 내부 저항이 큰 것을 이용할 수 있고, 배터리의 선택의 자유도를 높게 할 수 있다. 그 결과, 발전 시스템(1)의 제조 비용을 억제하는 것이 가능해진다. 본 실시 형태에서는, 제7 개폐 임계값은, 제2 배터리(32)의 정격 전압보다 작은 값으로 설정되는 것이면 다른 값이어도 된다. 제1 설정 전위 범위의 상한값은, 정상 범위의 상한값과 허용 범위의 상한값 사이의 임의의 값으로 설정되어도 되고, 하한값은, 정상 범위의 하한값과 허용 범위의 하한값 사이의 임의의 값으로 설정되어도 된다. 제2 설정 전위 범위는 반드시 모선 전압의 정상 범위와 동일하게 될 필요는 없다. 제2 설정 전위 범위의 하한값 및 상한값은, 제1 배터리(30)의 정격 전압인 350V에서 10V를 감한 값 이상, 정격 전압에 10V를 가한 값 이하의 범위에서 설정되는 것이 바람직하다. 단, 제2 설정 전위 범위의 하한값은 제1 설정 전위 범위의 하한값보다도 크게 되고, 상한값은 제1 설정 전위 범위의 상한값보다도 작게 된다.

또한, 이번에 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 특히, 이번에 개시된 실시 형태에 있어서, 명시적으로 개시되어 있지 않은 사항, 예를 들어 운전 조건이나 조업 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것은 아니고, 통상의 당업자라면 용이하게 상정하는 것이 가능한 값을 채용하고 있다. 제2 실시 형태에서는, 축전 수단으로서 배터리(21) 대신에 콘덴서가 설치되어도 되고, 배터리 및 콘덴서의 양쪽 모두가 서로 병렬로 설치되어도 된다. 제1 배터리(30)는 복수 셀을 직렬로 배치한 것이나 복수 셀을 병렬로 배치한 것이 사용되어도 된다. 제2 배터리(32)에 있어서도 마찬가지이다. 상기 제4 내지 제7 실시 형태에 있어서의 배터리와 모선의 접속 동작에 있어서, 접점을 초기 상태로 복귀시키는 조작은 배터리의 전압이나 모선 전압에 기초하여 행해져도 된다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 발전 장치와,
   상기 발전 장치에서 발전된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터와,
   상기 컨버터에서 변환된 직류 전력을, 계통에 연계 가능한 교류 전력으로 변환하는 연계형 인버터와,
   상기 컨버터와 연계형 인버터 사이에서, 부하에 직류 또는 교류의 전력을 공급하는 부하 출력부를 구비하고,
   상기 컨버터와 상기 부하 출력부 사이에, 부하 변동에 따라 발생하는 상기 컨버터의 출력측의 전압 변동을 안정화시키는 전압 안정화 수단을 구비하고,
   상기 컨버터와 상기 부하 출력부 사이에, 상기 전압 안정화 수단과 병렬로 배터리를 구비하고,
   상기 배터리의 충방전을 제어하는 제어부를 구비하고,
   상기 제어부는,
   상기 배터리의 전압이 제1 개폐 임계값 이하인 경우에, 또는, 상기 배터리의 전압이 상기 제1 개폐 임계값보다도 높고, 또한, 상기 컨버터 및 상기 부하 출력부를 연결하는 직류 배선의 전압이 제2 개폐 임계값 이하인 경우에, 상기 배터리를 상기 직류 배선에 접속하는, 발전 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 배터리에 직렬로 접속되는 저항을 구비하고,
   상기 제어부는,
   상기 배터리의 전압이 상기 제1 개폐 임계값 이하이고, 또한, 상기 직류 배선의 전압이 제3 개폐 임계값 이상인 경우에, 상기 배터리 및 상기 저항을 상기 직류 배선에 접속하는, 발전 시스템.
7. 발전 장치와,
   상기 발전 장치에서 발전된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터와,
   상기 컨버터에서 변환된 직류 전력을, 계통에 연계 가능한 교류 전력으로 변환하는 연계형 인버터와,
   상기 컨버터와 연계형 인버터 사이에서, 부하에 직류 또는 교류의 전력을 공급하는 부하 출력부를 구비하고,
   제1 배터리와,
   상기 제1 배터리에 직렬로 접속되고, 정격 전압이 상기 제1 배터리보다도 낮은 제2 배터리와,
   상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리의 충방전을 제어하는 제어부를 구비하고,
   상기 제어부는,
   상기 컨버터 및 상기 부하 출력부를 연결하는 직류 배선의 전압이 제4 개폐 임계값보다도 큰 경우에, 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 상기 직류 배선에 접속하는, 발전 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 직류 배선의 전압이, 상기 제4 개폐 임계값 이하이고, 또한, 상기 제2 배터리의 전압이 제5 개폐 임계값보다도 큰 경우에, 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 상기 직류 배선에 접속하는, 발전 시스템.
9. 발전 장치와,
   상기 발전 장치에서 발전된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터와,
   상기 컨버터에서 변환된 직류 전력을, 계통에 연계 가능한 교류 전력으로 변환하는 연계형 인버터와,
   상기 컨버터와 연계형 인버터 사이에서, 부하에 직류 또는 교류의 전력을 공급하는 부하 출력부를 구비하고,
   제1 배터리와,
   상기 제1 배터리보다도 정격 전압이 낮은 제2 배터리와,
   상기 컨버터 및 상기 부하 출력부를 연결하는 직류 배선과 상기 제1 배터리의 접속 및 상기 직류 배선과 상기 제2 배터리의 접속을 전환하는 제1 접점부와,
   상기 제1 접점부의 전환을 제어하는 제어부를 구비하고,
   상기 제어부는,
   상기 제1 접점부의 전환에 의해 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 개별로 충전하는, 발전 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 배터리를 상기 제1 배터리에 직렬로 연결하는 제2 접점부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 제2 접점부의 전환을 제어하고,
    상기 직류 배선의 전압이 제1 전위 설정 범위의 상한값보다도 크고, 또는, 하한값보다도 작은 경우에, 상기 제2 접점부를 폐쇄하여 상기 제1 배터리 및 상기 제2 배터리를 상기 직류 배선에 접속하는, 발전 시스템.
11. 삭제

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