JP2009290939A - 発電装置システム及び発電装置システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部の制御装置を用いることなく、定電圧制御形発電装置及び定電力制御形発電装置の並列運転を行うことができる発電システム及び発電システムの制御方法を提供する。
【解決手段】発電出力を定電圧制御する定電圧制御形発電装置１０と、発電出力を定電力制御する定電力制御形発電装置２０Ａ，２０Ｂとを複数台自立運転させて負荷に電力を供給する発電装置システムであって、前記定電圧制御形発電装置１０の発電出力の変化を前記定電力制御形発電装置２０Ａ，２０Ｂの電力出力を変化させる指令値とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電出力を定電圧制御する１台の定電圧制御形発電装置と、発電出力を定電力制御する１台以上の定電力制御形発電装置とを自立運転させて負荷に電力を供給する発電装置システム及び発電装置システムの制御方法に関する。

従来、一台の発電装置を定電圧制御する定電圧制御形発電装置とし、他の発電機装置を定電力制御する定電力制御形発電装置として複数台運転する発電装置システムにおいては、図９に示すように、負荷変動に対しては、定電圧制御形発電装置に含まれる電圧制御インバータがその出力を変化させて対応し、定電力制御形発電装置に含まれる電流制御インバータは一定の出力を供給し続ける動作とするのが一般的である。

このように、定電力制御形発電装置を一定電力で駆動し続ける場合には、図９に示すように、負荷の消費電力が定電力制御形発電装置及び定電圧制御形発電装置の合計電力以下で推移している状態では、定電圧制御形発電装置の電力を変化させることにより、負荷で必要とする消費電力を確保することができるものであるが、時点ｔ１で示すように、負荷の消費電力が定電圧制御形発電装置の最大出力電力を超えると過負荷状態となって、運転継続が不可能となるという未解決の課題がある。

この未解決の課題を解決するために、１台の燃料電池を自立運転させ、この燃料電池から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータとして設けられた電圧制御インバータと、電圧制御に切換可能な少なくとも１台の電流制御インバータとの並列運転により得られる交流電力を負荷に供給する燃料電池システムにおいて、電圧制御インバータの出力電流及び出力電圧をそれぞれ検出する電流及び電圧検出手段と、この電流及び電圧検出手段により検出された電流及び電圧信号が入力され、これら電流及び電圧信号から求められる電圧制御インバータの出力電力と予め設定された第１の設定値とを比較し、その結果に基づき電流制御インバータに電流制御設定値の下げ又は上げ指令を与えて電流制御インバータの運転状態を制御する並列運転制御装置とを備えた燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２８７５６７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、電圧制御インバータ及び電流制御インバータとは別に、電圧制御インバータの出力電流及び出力電圧をそれぞれ検出する電流及び電圧検出手段と、これら電流及び電圧検出手段で検出した電流及び電圧に基づいて電流制御インバータを制御する並列運転制御装置とを設ける必要があり、全体のシステム構成が大型化する共に、製造コストも嵩むという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の問題点に着目してなされたものであり、定電圧制御形発電装置と、定電力制御形発電装置とを並列で自立運転する際に、外部の制御装置を用いることなく、定電圧制御形発電装置及び定電力制御形発電装置の並列運転を行うことができる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を目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発電装置システムは、発電出力を定電圧制御する１台の定電圧制御形発電装置と、発電出力を定電力制御する１台以上の定電力制御形発電装置とを自立運転させて負荷に電力を供給する発電装置システムであって、前記定電圧制御形発電装置の発電出力の変化を前記定電力制御形発電装置の電力出力を変化させる指令値としたことを特徴としている。

また、請求項２に係る発電装置システムは、請求項１に係る発明において、前記定電圧制御形発電装置は、前記負荷側の消費電力を検出する電力検出手段を有し、該電力検出手段で検出した負荷電力の変化に基づいて発電出力を変化させることを特徴としている。
さらに、請求項３に係る発電装置システムは、請求項１又は２に係る発明において、前記定電圧制御形発電装置の発電出力の変化は電圧出力を変化させることにより行うことを特徴としている。

さらにまた、請求項４に係る発電システムは、請求項３に係る発明において、前記電圧出力を定格定電圧指令値に対して所定量減少させたときに前記定電力制御形発電装置の電力出力を増加させる指令値とし、前記電圧出力を前記定格定電圧指令値に対して所定量増加させたときに前記定電力制御形発電装置の電力出力を減少させる指令値としたことを特徴としている。

なおさらに、請求項５に係る発電装置システムは、請求項１又は２に係る発明において、記定電圧制御形発電装置の発電出力の変化は発電出力の周波数を変化させることにより行うことを特徴としている。
また、請求項６に係る発電装置システムは、請求項１乃至５の何れか１つに係る発明において、前記定電力制御形発電装置は、前記定電圧制御形発電装置の発電出力の変化を検出する出力変化検出手段を有し、該出力変化検出手段で検出した前記定電圧制御形発電装置の発電出力変化に基づいて発電出力を決定するように構成されていることを特徴としている。

さらに、請求項７に係る発電装置システムは、請求項１乃至６の何れか１つに係る発明において、前記定電圧制御形発電装置及び前記定電力制御形発電装置は、燃料電池発電装置で構成されていることを特徴としている。
さらにまた、請求項８に係る発電装置システムの制御方法は、発電出力を定電圧制御する１台の定電圧制御形発電装置と、発電出力を定電力制御する１台以上の定電力制御形発電装置とを自立運転させて負荷に電力を供給する発電装置システムの制御方法であって、前記定電圧制御形発電装置の発電出力を変化させることにより前記定電力制御形発電装置の電力出力を変化させることを特徴としている。

さらに、請求項９に係る発電装置システムの制御方法は、請求項８に係る発明において、前記定電圧制御形発電装置の発電出力変化は電圧出力を変化させることにより行うことを特徴としている。
さらにまた、請求項１０に係る発電装置システムの制御方法は、請求項８に係る発明において、前記定電圧制御形発電装置の発電出力変化は発電出力の周波数を変化させることにより行うことを特徴としている。

なおさらに、請求項１１に係る発電装置システムの制御方法は、請求項８乃至１０の何れか１項に係る発明において、前記定電圧制御形発電装置及び前記定電力制御形発電装置は、燃料電池発電装置で構成されていることを特徴としている。
ここで、定電圧制御形発電装置で負荷の消費電力の上昇を検出すると、例えば定電圧制御形発電装置の出力電圧を所定値だけ下げることにより、定電力制御形発電装置に電力出力を増加させる指令値とすることができ、定電力制御形発電装置では自己の電力出力を増加させて、負荷の消費電力の増加に対処する。
同様に、定電圧制御形発電装置で負荷の消費電力が下降を検出すると、例えば定電圧制御形発電装置の出力電圧を所定値だけ上げることにより、定電力制御形発電装置に電力出力を減少させる指令値とすることができ、定電力制御形発電装置では自己の電力出力を減少させて、負荷の消費電力の減少に対処する。

本発明によれば、定電圧制御形発電装置の発電出力の出力電圧及び周波数の何れかを変化させることで、定電力制御形発電装置の電力変化指令とすることができ、定電圧制御形発電装置及び定電力制御形発電装置の双方の出力制御を行なう外部の制御装置を必要とすることなく、負荷の電力変化に対する定電圧制御形発電装置及び定電力制御形発電装置の発電出力を簡易な構成で安価に制御することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用した燃料電池発電システムの第１の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
図１に示される本発明の第1の実施形態の燃料電池発電システムは、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０と、この定電圧制御形発電装置１０と並列に接続されたスレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ，２０Ｂとを備えている。

そして、定電圧制御形発電装置１０と定電力制御形発電装置２０Ａ，２０Ｂとの出力側が互いに接続されて負荷３０に接続されている。
ここで、定電圧制御形発電装置１０は、直流電力を発電する燃料電池１１と、この燃料電池１１の発電出力を交流電力に変換する電圧制御形のインバータ１２と、このインバータ１２の出力側の電流を検出する電流検出手段としての電流センサ１３と、インバータ１２の出力側の電圧を検出する電圧検出手段としての電圧センサ１４と、電流センサ１３及び電圧センサ１４で検出した検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄが入力されてインバータ１２を駆動制御するインバータ制御装置１５とを備えている。

インバータ制御装置１５は、入力される検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄに基づいて出力電力Ｐｍｏを算出すると共に、検出電圧Ｖｄが電圧指令値Ｖｒｅｆに一致するようにインバータ１２を定電圧制御すると共に、出力電力Ｐｍｏに基づいてスレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ，２０Ｂの電力制御指令値の基準となる電圧指令値Ｖｒｅｆを決定する。

ここで、インバータ制御装置１５は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置を含んで構成され、図２に示す電圧制御指令演算処理を実行する。
この電圧制御指令演算処理は、図２に示すように、先ず、ステップＳ１で、検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄを読込み、次いでステップＳ２に移行して、読込んだ検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄを乗算して出力電力Ｐｍｏ（＝Ｉｄ×Ｖｄ）を算出する。

次いで、ステップＳ３に移行して、算出した出力電力Ｐｍｏが予め設定された定電圧制御形発電装置１０の設定出力電力Ｐｍｓより大きいか否かを判定する。ここで、設定出力電圧Ｐｍｓは負荷３０の負荷消費電力の急変に対する許容量を大きくするために許容出力電力の５０％に設定されている。
ステップＳ３の判定結果が、Ｐｍｏ＞Ｐｍｓであるときには、ステップＳ４に移行して、出力電圧指令値Ｖｒｅｆとして通常の定格定電圧指令値Ｖｓｅｔｒに対して機器に影響を与えない範囲の例えば１〜５Ｖ程度低い値（本実施形態では１Ｖ低い値）に設定された電力増加電圧指令値Ｖｓｅｔｌを決定してから後述するステップＳ８に移行する。

また、ステップＳ３の判定結果が、Ｐｍｏ≦ＰｍｓであるときにはステップＳ５に移行して、出力電力Ｐｍｏが設定出力電力Ｐｍｓより小さいか否かを判定し、Ｐｍｏ＜ＰｍｓであるときにはステップＳ６に移行し、出力電圧指令値Ｖｒｅｆとして通常の定格定電圧指令値Ｖｓｅｔｒに対して機器に影響を与えない範囲の１〜５Ｖ程度高い値（本実施形態では１Ｖ高い値）に設定された電力減少電圧指令値Ｖｓｅｔｈを決定してから後述するステップＳ８に移行する。

また、ステップＳ５の判定結果が、Ｐｍｏ＝Ｐｍｓであるときには、ステップＳ７に移行して、出力電圧指令値Ｖｒｅｆとして通常の定格定電圧指令値Ｖｓｅｔｒを決定してからステップＳ８に移行する。
ステップＳ８では、ステップＳ４、ステップＳ６及びステップＳ７の何れかで決定された出力電圧指令値Ｖｒｅｆに検出電圧Ｖｄが一致するように、インバータ１２を定電圧制御してから前記ステップＳ１に戻る。

また、定電力制御形発電装置２０Ａ，２０Ｂのそれぞれは、直流電力を発電する燃料電池２１と、この燃料電池２１の発電出力を交流電力に変換する電流制御形のインバータ２２と、このインバータ２２の出力側の電流を検出する電流検出手段としての電流センサ２３と、インバータ２２の出力側の電圧を検出する電圧検出手段としての電圧センサ２４と、電流センサ２３及び電圧センサ２４で検出した検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄが入力されてインバータ２２を駆動制御するインバータ制御装置２５とを備えている。

インバータ制御装置２５は、入力される検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄに基づいて出力電力Ｐｏを算出すると共に、検出電圧Ｖｄに基づいて電力制御指令値Ｐｒｅｆを決定し、決定したとなる電力指令値Ｐｒｅｆと出力電力Ｐｓｏとが一致するようにインバータ２２を定電力制御する。
ここで、インバータ制御装置２５は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置を含んで構成され、図３に示す電力制御指令演算処理を実行する。

この電力制御指令演算処理は、図３に示すように、先ず、ステップＳ１１で、電流センサ２３及び電圧センサ２４で検出した検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄを読込み、次いでステップＳ１２に移行して、検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄを乗算して出力電力Ｐｓｏ（＝Ｉｄ×Ｖｄ）を算出する。
次いで、ステップＳ１３に移行して、検出電圧Ｖｄが定電圧制御形発電装置１０で設定された電力増加電圧指令値Ｖｓｅｔｌと一致するか否かを判定し、Ｖｄ＝Ｖｓｅｔｌであるときには自己の出力電力を上昇させるものと判断してステップＳ１４に移行し、現在の出力電圧指令値Ｐｒｅｆに所定値ΔＰを加算した値を新たな出力電圧指令値Ｐｒｅｆ（＝Ｐｒｅｆ＋ΔＰ）として決定してから後述するステップＳ１８に移行する。

また、ステップＳ１３の判定結果が、Ｖｄ≠Ｖｓｅｔｌであるときには、ステップＳ１５に移行して、検出電圧Ｖｄが定電圧制御形発電装置１０で設定された電力減少電圧指令値Ｖｓｅｔｈと一致するか否かを判定し、Ｖｄ＝Ｖｓｅｔｈであるときには自己の出力電力を降下させるものと判断してステップＳ１６に移行し、現在の出力電圧指令値Ｐｒｅｆから所定値ΔＰを減算した値を新たな出力電圧指令値Ｐｒｅｆ（＝Ｐｒｅｆ−ΔＰ）として決定してから後述するステップＳ１８に移行する。

さらに、前記ステップＳ１５の判定結果が、Ｖｄ≠Ｖｓｅｔｈであるときには、自己の出力電圧を保持するものと判断してステップＳ１７に移行して、現在の出力電圧指令値Ｐｒｅｆをそのまま維持してからステップＳ１８に移行する。
ステップＳ１８では、ステップＳ１４、ステップＳ１６及びステップＳ１７の何れかのステップで決定された出力電圧指令値Ｐｒｅｆと出力電力Ｐｓｏとが一致するようにインバータ２２を定電力制御してから前記ステップＳ１１に戻る。

次に、上記第１の実施形態の動作を図４に示すタイムチャートを参照して説明する。
今、定電圧制御形発電装置１０及び定電力制御形発電装置２０Ａ，２０Ｂの発電容量をそれぞれ１００ｋＷに設定し、定電圧制御形発電装置１０の定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒを例えば２００Ｖに設定し、電力増加電圧指令値Ｖｒｅｆｌを１９９Ｖに設定し、電力減少電圧指令値Ｖｒｅｆｈを２０１Ｖに設定するものとする。

そして、時点ｔ０では負荷３０の消費電力ＰＬが図４（ａ）の特性曲線Ｌｌに示すように１５０ｋＷであり、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力が、図４（ｂ）に示すように５０ｋＷ、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力が図４（ｄ）に示すように５０ｋＷであって、３つの発電装置１０、２０Ａ及び２０Ｂで５０ｋＷずつ均等に負荷消費電力ＰＬを分担している。

この状態では、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の図２に示す電圧制御指令値演算処理のステップＳ２で算出される出力電力Ｐｍｏが設定出力電力Ｐｍｓと一致することにより、ステップＳ３及びステップＳ５を経てステップＳ７に移行して、定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒが出力電圧指令値Ｖｒｅｆとして設定される。
このため、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂでは、図３に示す電力制御指令値演算処理を実行しており、電圧センサ２４で検出される定電圧制御形発電装置１０の電圧指令値Ｖｒｅｆが定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒとなるので、ステップＳ１３からステップＳ１５を経てステップＳ１７に移行して、現在の出力電圧指令値Ｐｒｅｆを維持する。このため、定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力が５０ｋＷの状態を維持する。

この状態から、時点ｔ１で、負荷３０の負荷消費電力ＰＬが図４（ａ）の特性線Ｌｌに示すように増加すると、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の図２に示す電圧制御指令値演算処理のステップＳ２で算出される出力電力Ｐｍｏが図４（ｂ）に示すように増加し、設定出力電力Ｐｍｓより大きな値となる。このため、図２の処理で、ステップＳ３からステップＳ４に移行して、図４（ｃ）に示すように、定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒより１Ｖ低い電力増加電圧指令値Ｖｒｅｆｌが出力電圧指令値Ｖｒｅｆとして決定される。

したがって、この電力増加電圧指令値Ｖｒｅｆｌに検出電圧Ｖｄが一致するようにインバータ１２が制御されることにより、インバータ１２の出力電圧が図４（ｃ）に示すように電力増加電圧指令値Ｖｒｅｆｌに一致される。
このため、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂでは、図３の処理においてステップＳ１１で検出電圧Ｖｄを読込んだときに、この検出電圧Ｖｄが電力増加電圧指令値Ｖｒｅｆｌに一致するので、ステップＳ１３からステップＳ１４に移行して、現在の出力電力指令値Ｐｒｅｆに所定値ΔＰを加算した値を新たな出力電圧指令値Ｐｒｅｆとして決定する。このため、ステップＳ１８で、所定値ΔＰだけ増加された出力電圧指令値Ｐｒｅｆが出力電力Ｐｓｏと一致するようにインバータ２２が定電力制御され、定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力Ｐｓｏが図４（ｄ）に示すように増加される。

このため、定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの合計出力電力は、図４（ａ）において特性曲線Ｌｔで示すように増加する。これに応じて、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力Ｐｍｏが図４（ｂ）に示すように低下する。
しかしながら、定電圧制御形発電装置１０で検出される出力電力Ｐｍｏがまだ設定出力電圧Ｐｍｓより高いので、上記と同様の処理が定電圧制御形発電装置１０及び定電力制御形発電装置２０Ａ，２０Ｂで行なわれることにより、定電力制御形発電装置２０Ａ，２０Ｂの出力電力が増加され、定電圧制御形発電装置１０の出力電力が低下する。

その後、時点ｔ２で、定電圧制御形発電装置１０における図２の処理で算出される出力電力Ｐｍｏが設定出力電力Ｐｍｓと一致すると、図２の処理において、ステップＳ３からステップＳ５を経てステップＳ７に移行して、出力電圧指令値Ｖｒｅｆとして定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒが設定されることになり、インバータ１２の出力電圧がＶｒｅｆｒに制御される。このため、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂでは、図３の処理において、ステップＳ１３からステップＳ１５を経てステップＳ１７に移行することにより、現在の出力電力指令値Ｐｒｅｆがそのまま維持されることになる。

その後、時点ｔ３で、負荷３０の消費電力ＰＬが図４（ａ）に示すように比較的大きく低下すると、これに応じて、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力Ｐｍｏが設定出力電力Ｐｍｓより大きく低下することになる。このため、図２の処理において、ステップＳ３からステップＳ５を経てステップＳ６に移行し、出力電圧指令値Ｖｒｅｆとして定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒより１Ｖ高い電力減少電圧指令値Ｖｒｅｆｈが決定され、この電力減少電圧指令値Ｖｒｅｆｈに検出電圧Ｖｄが一致するようにインバータ１２が定電圧制御される。

したがって、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂで、図３に示す処理が実行されることにより、検出電圧Ｖｄが電力減少電圧指令値Ｖｒｅｆｈと一致することになるので、ステップＳ１３からステップＳ１５を経てステップＳ１６に移行し、現在の出力電力指令値Ｐｒｅｆから所定値ΔＰを減算した値Ｐｒｅｆ−ΔＰが新たな出力電圧指令値Ｐｒｅｆとなる。このため、両定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力Ｐｓｏが図４（ｄ）に示すように減少され、両者の合計電力も図４（ａ）で特性線Ｌｔで示すように低下する。これに応じてマスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力Ｐｍｏが図４（ｂ）に示すように増加する。

この定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力の低下処理が継続されて、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力Ｐｍｏが時点ｔ４で図４（ｂ）に示すように設定出力電力Ｐｍｓに一致すると、定電圧制御形発電装置１０の出力電圧指令値Ｖｒｅｆが定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒに復帰する。このため、スレーブとなる両定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂで現在の出力電力指令値Ｐｒｅｆを維持することになり、定電力制御状態となる。

このように、負荷３０の消費電力ＰＬが増加すると、これに応じてマスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力Ｐｍｏが一時的に上昇するが、この定電圧制御形発電装置１０で電力増加電圧指令値Ｖｒｅｆｌが決定されて、検出電圧Ｖｄが電力増加電圧指令値Ｖｒｅｆｌに一致するようにインバータ１２が定電圧制御される。このため、スレーブとなる両定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂでは、電力増加電圧指令値Ｖｒｅｆｌを検出することにより、出力電力指令値Ｐｒｅｆが所定値ΔＰずつ増加されて、出力電力Ｐｓｏが増加する。この定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力Ｐｓｏの増加に伴ってマスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電圧Ｐｍｏが減少することになる。この結果、負荷３０の消費電力が図４（ａ）に示すように増加傾向を継続した場合でも、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電圧が許容電力を越えることはなく、前述した図９の従来例のようにマスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力が許容電力を越えて過負荷状態となって運転継続が不可能となることを確実に防止することができる。

しかも、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０とスレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂとの間の指令値の伝達を、定電圧制御形発電装置１０の出力電圧を定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒを所定値だけ増減した電力減少指令電圧Ｖｒｅｆｈ及び電力増加指令電圧Ｖｒｅｆｌに変化させるだけで行なうことができ、定電圧制御形発電装置１０及び定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力を制御する制御装置を別途設ける必要がなく、全体の構成を簡易化することができると共に安価に構成することができる。

その上、負荷３０の負荷容量が増加してスレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ，２０Ｂを増設する場合でも、新たな定電力形発電装置を並列接続するだけで、別途制御系を追加することなく行なうことができる。
さらに、上記実施形態のように、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力を増加させる際に、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の電力増加指令電圧Ｖｒｅｆｌを定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒに対して減少させるようにしたので、負荷３０の消費電力ＰＬが増加したときに、定電圧制御形発電装置１０の出力電圧を低く抑えて定電圧制御形発電装置１０の出力電力を低く抑制することができる。

さらにまた、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の設定出力電力Ｐｍｓを許容電力の５０％に設定することにより、負荷３０の消費電力が急変したときの電力量増減の許容量を大きくすることができ、安定した電力量制御を行なうことができる。
なお、上記第１の実施形態においては、設定出力電力Ｐｍｓを許容電力の５０％に設定した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、負荷３０の消費電力の変動パターンに合わせた任意の設定値に設定することができる。
また、上記第１の実施形態においては、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ，２０Ｂを２台並列に接続する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、１台、あるいは３台以上設けるようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態を図５及び図６について説明する。
この第２の実施形態では、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電圧を、出力電力の変化に応じて所定の範囲で連続的に変化させ、これに応じてスレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂで定電圧制御形発電装置１０の出力電圧変化に応じて出力電力を連続的に変化させるようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０のインバータ制御装置１５で、前述した図２の電圧指令値演算処理に代えて、図５に示す電圧指令値演算処理を実行し、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂで、前述した図３の電力指令値演算処理に代えて、図６に示す電力指令値演算処理を実行するようにしたことを除いては前述した第１の実施形態と同様の構成を有する。

定電圧制御形発電装置１０のインバータ制御装置１５で実行する電圧指令値演算処理は図５に示すように構成されている。
すなわち、先ず、ステップＳ２１で電流センサ１３及び電圧センサ１４で検出した検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄを読込み、次いでステップＳ２２に移行して、検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄを乗算して出力電力Ｐｍｏを算出し、次いでステップＳ２３に移行して、算出した出力電力Ｐｍｏに基づいてステップ内に示す出力電力Ｐｍｏと電圧指令値Ｖｒｅｆとの関係を表す制御マップを参照して電圧指令値Ｖｒｅｆを算出し、次いでステップＳ２４に移行して、算出した電圧指令値Ｖｒｅｆと検出電圧Ｖｄとが一致するようにインバータ１２を定電圧制御してから前記ステップＳ２１に戻る。

ここで、ステップＳ２３の制御マップは、許容電力が５０％であるときに電圧指令値Ｖｒｅｆが定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒとなり、これより出力電力Ｐｍｏが減少すると、電圧指令値Ｖｒｅｆが最大で２１０Ｖまで連続的に増加し、出力電力Ｐｍｏが増加すると、電圧指令値Ｖｒｅｆが最小で１９０Ｖまで連続的に減少するように特性線の傾きが設定されている。

また、定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂのインバータ制御装置２５で実行する電力指令値演算処理は図６に示すように構成されている。
すなわち、先ず、ステップＳ３１で電流センサ２３及び電圧センサ２４で検出した検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄを読込み、次いでステップＳ３２に移行して、検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄを乗算して出力電力Ｐｓｏを算出し、次いでステップＳ３３に移行して、検出した検出電圧Ｖｄに基づいてステップ内に示す検出電圧Ｖｄと電力指令値Ｐｒｅｆとの関係を表す制御マップを参照して電力指令値Ｐｒｅｆを算出し、次いでステップＳ３４に移行して、算出した電力指令値Ｐｒｅｆと出力電力Ｐｓｏとが一致するようにインバータ２２を定電力制御してから前記ステップＳ３１に戻る。

ここで、ステップＳ３３の制御マップは、検出電圧Ｖｄが定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒ（２００Ｖ）であるときに電力指令値Ｐｒｅｆが許容電力の５０％となり、これより検出電圧Ｖｄが減少すると電力指令値Ｐｒｅｆが許容電力（１００ｋＷ）まで連続的に増加し、検出電圧Ｖｄが増加すると電力指令値Ｐｒｅｆが０ｋＷまで連続的に減少するように特性線の傾きが設定されている。

次に、上記第２の実施形態の動作を説明する。
今、前述した第１の実施形態と同様に、負荷３０の消費電力が１５０ｋＷであって、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力が５０ｋＷ、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力がそれぞれ５０ｋＷであるものとする。
この状態では、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０のインバータ制御装置１５で図５に示す電圧指令値演算処理が実行されたときに、ステップＳ２３に移行して、５０ｋＷの出力電力Ｐｍｏに基づいて定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒとなる２００Ｖの電圧指令値Ｖｒｅｆが算出され、この電圧指令値Ｖｒｅｆに出力電圧Ｖｄが一致するようにインバータ１２が定電圧制御される。

このため、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂでは、検出される検出電圧Ｖｄが定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒ（２００Ｖ）となるため、電力指令値Ｐｒｅｆは５０ｋＷとなり、この電力指令値Ｐｒｅｆと出力電力Ｐｓｏとが一致するようにインバータ２２が定電力制御されるので、出力電力Ｐｓｏは現在値を維持する。
この状態で、負荷３０の消費電力が増加して、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力Ｐｍｏが増加すると、その増加量に応じて電圧指令値Ｖｒｅｆが定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒから減少し、この電圧指令値Ｖｒｅｆと検出電圧Ｖｄとが一致するようにインバータ１２が定電圧制御される。

このため、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂでは、検出電圧Ｖｄが低下することから電力指令値Ｐｒｅｆが増加し、この増加した電力指令値Ｐｒｅｆと出力電力Ｐｓｏとが一致するようにインバータ２２が定電力制御されることにより、出力電力Ｐｓｏが増加して、前述した第１の実施形態と同様の電力増加制御を行なうことができる。

同様に、負荷３０の消費電力が１５０ｋＷから減少して、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力Ｐｍｏが減少すると、その減少量に応じて電圧指令値Ｖｒｅｆが定格定電圧指令値Ｖｒｅｆｒから増加し、この電圧指令値Ｖｒｅｆと検出電圧Ｖｄとが一致するようにインバータ１２が定電圧制御される。
このため、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂでは、検出電圧Ｖｄが増加することから電力指令値Ｐｒｅｆが減少し、この減少した電力指令値Ｐｒｅｆと出力電力Ｐｓｏとが一致するようにインバータ２２が定電力制御されることにより、出力電力Ｐｓｏが減少して、前述した第１の実施形態と同様の電力減少制御を行なうことができる。

このように、上記第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態同様の作用効果を得ることができる。
なお、上記第１及び第２の実施形態においては、定電圧制御形発電装置１０で出力電力Ｐｍｏが増加したときに、電圧指令値Ｖｒｅｆを低下させ、出力電力Ｐｍｏが減少したときに電圧指令値Ｖｒｅｆを増加させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、逆に出力電力Ｐｍｏが増加したときに、電圧指令値Ｖｒｅｆを増加させ、出力電力Ｐｍｏが減少したときに、電圧指令値Ｖｒｅｆを減少させるようにし、これに応じて定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂで検出電圧Ｖｄの変動方向と出力電力Ｐｓｏを変動方向とを一致させるようにしてもよい。

次に、本発明の第３の実施形態を図７及び図８について説明する。
この第３の実施形態では、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０とスレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂとの間の指令値伝達を、インバータの周波数を変化させることにより行なうようにしたものである。
すなわち、第３の実施形態においては、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０のインバータ制御装置１５で、図７に示す周波数指令値演算処理を実行し、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂのインバータ制御装置２５で図８に示す電力指令値演算処理を実行する。

定電圧制御形発電装置１０のインバータ制御装置１５で実行する周波数指令値演算処理は、図７に示すように、先ず、ステップＳ４１で、電流センサ１３及び電圧センサ１４で検出した検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄを読込み、次いでステップＳ４２に移行して、検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄを乗算して出力電力Ｐｍｏを算出し、次いでステップＳ４３に移行して、算出した出力電力Ｐｍｏに基づいてステップ内に示す出力電力Ｐｍｏとインバータ１２から出力する周波数指令値Ｆｒｅｆとの関係を表す制御マップを参照して、周波数指令値Ｆｒｅｆを算出し、次いでステップＳ４４に移行して、インバータ１２から出力される出力電流又は出力電圧の周波数を周波数指令値Ｆｒｅｆに一致させるようにインバータ１２を定電圧制御する。

ここで、ステップＳ４３の制御マップは、許容電力が５０％であるときに周波数指令値Ｆｒｅｆが定格周波数指令値Ｆｒｅｆｒとなり、これより出力電力Ｐｍｏが減少すると、周波数指令値Ｆｒｅｆを定格周波数指令値Ｆｒｅｆｒに対して機器に影響を与えない範囲の０．１〜１．０Ｈｚを加算した値Ｆｒｅｆｈまで増加させ、出力電力Ｐｍｏが増加すると、周波数を定格周波数指令値Ｆｒｅｆｒに対して上記範囲０．１〜１．０Ｈｚを減算した値Ｆｒｅｆｌまで減少させるように特性線の傾きが設定されている。

また、定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂでは、インバータ制御装置２５で、図８に示す電力指令値演算処理を実行する。
この電力指令値演算処理では、図８に示すように、先ず、ステップＳ５１で、電流センサ２３及び電圧センサ２４で検出した検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄと、検出電流Ｉｄ又は検出電圧Ｖｄから検出した周波数Ｆｄとを読込み、次いでステップＳ５２に移行して、検出電流Ｉｄ及び検出電圧Ｖｄを乗算して出力電力Ｐｒｅｆを算出する。
次いで、ステップＳ５３に移行して、検出した周波数Ｆｄに基づいてステップＳ５３内に表示する周波数Ｆｄと電力指令値Ｐｒｅｆとの関係を表す制御マップを参照して電力指令値Ｐｒｅｆを算出し、次いでステップＳ５４に移行して、算出した電力指令値Ｐｒｅｆと出力電力Ｐｓｏとが一致するようにインバータ２２を定電力制御する。

ここで、ステップＳ５３の制御マップは、検出周波数Ｆｄが定格周波数Ｆｒｅｆｒであるときに、許容電力の５０％となり、検出周波数Ｆｄが定格周波数Ｆｒｅｆｒより小さいときには、Ｆｒｅｆｌ（＝Ｆｒｅｆｒ−０．１〜１．０Ｈｚ）に達するまでの間に連続的に電力指令値Ｐｒｅｆが許容電力（１００ｋＷ）まで増加し、検出周波数Ｆｄが定格周波数Ｆｒｅｆｒより大きいときにはＦｒｅｆｈ（＝Ｆｒｅｆｒ＋０．１〜１．０Ｈｚ）に達するまでの間に連続的に電力指令値Ｐｒｅｆが０ｋＷまで減少するように特性線の傾きが設定されている。

次に、上記第３の実施形態の動作を説明する。
今、前述した第１の実施形態と同様に、負荷３０の消費電力が１５０ｋＷであって、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力が５０ｋＷ、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力がそれぞれ５０ｋＷであるものとする。
この状態では、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力Ｐｍｏが設定出力電力Ｐｍｓに一致することから、インバータ１２が定格周波数Ｆｒｅｆｒを維持するように定電圧制御される。このため、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂで、インバータ制御装置２５で検出する周波数Ｆｄが定格周波数Ｆｒｅｆｒとなるので、その電力指令値Ｐｒｅｆは許容電力の５０％となり、現在の出力電力Ｐｓｏを維持する。

この状態から負荷３０の消費電力が増加して、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力Ｐｍｏが設定出力電力Ｐｍｓを超える状態となると、周波数指令値Ｆｒｅｆが定格周波数Ｆｒｅｆｒより小さい値となり、インバータ１２の出力周波数が周波数指令値Ｆｒｅｆとなるようにインバータ１２が定電圧制御される。これに応じて、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂで定格周波数Ｆｒｅｆｒより低い周波数指令値Ｆｒｅｆが検出周波数Ｆｄとして検出される。このため、検出周波数Ｆｄに基づいて制御マップを参照することにより、電力指令値Ｐｒｅｆが増加されて、この電力指令値Ｐｒｅｆと出力電圧Ｐｓｏとが一致するようにインバータ１２が定電力制御される。したがって、定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力Ｐｓｏが増加されて、定電圧制御形発電装置１０の出力電力が低下される。

同様に、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力Ｐｍｏが設定出力電力Ｐｍｓと一致している状態から負荷３０の消費電力が低下してマスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力Ｐｍｏが設定出力電力Ｐｍｓより低下すると、周波数指令値Ｆｒｅｆが定格周波数Ｆｒｅｆｒより増加することなり、インバータ２２の出力周波数が周波数指令値Ｆｒｅｆに一致するように制御される。このため、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの検出周波数Ｆｄが定格周波数Ｆｒｅｆｒより増加することになり、電力指令値Ｐｒｅｆが減少されて、この減少された電力指令値Ｐｒｅｆに一致するようにインバータ２２の出力電力が定電力制御される。

この第３の実施形態によると、マスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力周波数を変化させることにより、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの電力制御指令値とすることができ、前述した第１及び第２の実施形態と同様に別途制御装置を設けることなく定電圧制御形発電装置１０及び定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力を正確に制御することができる。

しかも、スレーブとなる定電力制御形発電装置２０Ａ及び２０Ｂの出力電力Ｐｓｏを増加させる際にマスターとなる定電圧制御形発電装置１０のインバータ１２から出力される交流電力の周波数を小さくするので、電力が増加した場合にマスターとなる定電圧制御形発電装置１０の出力電力Ｐｍｏを抑制することができる効果を有する。
なお、上記第１乃至第３の実施形態においては、定電圧制御形発電装置１０及び定電力制御形発電装置２０Ａ，２０Ｂに燃料電池１１及び２１を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の分散電源を１台以上並列に接続して負荷を駆動する場合にも本発明を適用することができる。

本発明の第１の実施形態を示す発電装置システムの一例を示す概略構成図である。 定電圧制御形発電装置のインバータ制御装置で実行する電圧指令値演算処理手順の一例を示すフローチャートである。 定電力制御形発電装置のインバータ制御装置で実行する電力指令値演算処理手順の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態の動作の説明に供するタイムチャートである。 本発明の第２の実施形態を示す定電圧制御形発電装置のインバータ制御装置で実行する電圧指令値演算処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態を示す定電力制御形発電装置のインバータ制御装置で実行する電力指令値演算処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態を示す定電圧制御形発電装置のインバータ制御装置で実行する周波数指令値演算処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態を示す定電力制御形発電装置のインバータ制御装置で実行する電力指令値演算処理で順の一例を示すフローチャートである。 従来例の動作の説明に供するタイムチャートである。

符号の説明

１０…定電圧制御形発電装置、１１…燃料電池、１２…インバータ、１３…電流センサ、１４…電圧センサ、１５…インバータ制御装置、２０Ａ，２０Ｂ…定電力制御形発電装置、２１…燃料電池、２２…インバータ、２３…電流センサ、２４…電圧センサ、２５…インバータ制御装置、３０…負荷

Claims (11)

1. 発電出力を定電圧制御する１台の定電圧制御形発電装置と、発電出力を定電力制御する１台以上の定電力制御形発電装置とを自立運転させて負荷に電力を供給する発電装置システムであって、
   前記定電圧制御形発電装置の発電出力の変化を前記定電力制御形発電装置の電力出力を変化させる指令値としたことを特徴とする発電装置システム。
2. 前記定電圧制御形発電装置は、出力電力を検出する電力検出手段を有し、該電力検出手段で検出した出力電力の変化に基づいて発電出力を変化させることを特徴とする請求項１に記載の発電装置システム。
3. 前記定電圧制御形発電装置における発電出力の変化は電圧出力を変化させることにより行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置システム。
4. 前記電圧出力を定格定電圧指令値に対して所定量減少させたときに前記定電力制御形発電装置の電力出力を増加させる指令値とし、前記電圧出力を前記定格定電圧指令値に対して所定量増加させたときに前記定電力制御形発電装置の電力出力を減少させる指令値としたことを特徴とする請求項３に記載の発電装置システム。
5. 前記定電圧制御形発電装置における発電出力の変化は発電出力の周波数を変化させることにより行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置システム。
6. 前記定電力制御形発電装置は、前記定電圧制御形発電装置の発電出力の変化を検出する出力変化検出手段を有し、該出力変化検出手段で検出した前記定電圧制御形発電装置の発電出力変化に基づいて発電出力を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の発電装置システム。
7. 前記定電圧制御形発電装置及び前記定電力制御形発電装置は、燃料電池発電装置で構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の発電装置システム。
8. 発電出力を定電圧制御する１台の定電圧制御形発電装置と、発電出力を定電力制御する１台以上の定電力制御形発電装置とを自立運転させて負荷に電力を供給する発電装置システムの制御方法であって、
   前記定電圧制御形発電装置の発電出力を変化させることにより前記定電力制御形発電装置の電力出力を変化させることを特徴とする発電装置システムの制御方法。
9. 前記定電圧制御形発電装置の発電出力変化は電圧出力を変化させることにより行うことを特徴とする請求項８に記載の発電装置システムの制御方法。
10. 前記定電圧制御形発電装置の発電出力変化は発電出力の周波数を変化させることにより行うことを特徴とする請求項８に記載の発電装置システムの制御方法。
11. 前記定電圧制御形発電装置及び前記定電力制御形発電装置は、燃料電池発電装置で構成されていることを特徴とする請求項８乃至１０の何れか１項に記載の発電装置システムの制御方法。

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