JP2012191757A - 電力供給システム及び蓄電システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御手段Cが、発電手段3及び蓄電手段5夫々から商用電源1への逆潮流を生じさせない条件で、負荷電力と目標充電電力との合算値である総負荷電力に応じて発電手段3の出力電力を調整すべく、発電側インバータ4及び蓄電側インバータ6夫々を制御するように構成された電力供給システムであって、制御手段Cは、目標充電電力の増大に伴って総負荷電力が増大すると、逆潮流を生じさせない条件で、総負荷電力に応じて出力電力を増大すべく発電側インバータ4を制御すると共に、充電電力を発電手段3における単位時間当たりの出力増大可能量である出力増大速度に応じた充電量増大速度にて目標充電電力に増大すべく、蓄電側インバータ6を制御するように構成されている。
【選択図】図1
Description
又、商用電源に接続された負荷に電力を出力する発電手段と、前記商用電源に系統連系され且つ前記発電手段の出力電力を調整可能な発電側インバータと、前記発電手段及び前記発電側インバータを制御する発電制御手段とが設けられ、その発電制御手段が、系内から前記商用電源への逆潮流を生じさせない条件で、前記負荷が要求する負荷電力を含む総負荷電力に応じて前記出力電力を調整すべく、前記発電側インバータを制御するように構成された電力供給システムに対して設けられる蓄電システムに関する。
つまり、発電手段の出力電力で負荷電力を賄いつつ、その負荷電力に対して出力電力が上回るときはその上回る分を蓄電手段に充電し、発電手段の出力電力で負荷電力を賄えないときは、その不足分を蓄電手段の蓄電電力や商用電源からの商用電力にて賄うように構成されている。
具体的には、負荷電力が発電手段の最大出力電力よりも小さいときは、蓄電手段に充電するための目標充電電力を設定して、その目標充電電力と負荷電力との合算値である総負荷電力に応じて出力電力を調整すべく、発電側インバータ及び蓄電側インバータ夫々を制御するように構成されている。ちなみに、発電手段の一例として、燃料電池が挙げられる(例えば、特許文献1参照。)。
即ち、制御手段は、充電電力を目標充電電力に一挙に増大させるべく蓄電側インバータを制御すると共に、出力電力をその時点の電力から総負荷電力に応じた電力に増大させるべく発電側インバータを制御するように構成されていた。
ところで、一日のうち、負荷電力が発電手段の最大出力電力よりも小さくなる時間帯が予め予測されるので、そのような時間帯が上述のように蓄電手段に充電する充電時間帯に設定され、その充電時間帯以外の時間帯では、出力電力を負荷電力に追従させるように発電側インバータを制御する電主運転を主に実行するように構成される場合がある。ここで、電主運転とは、発電手段の出力電力を負荷が要求する負荷電力に追従させる運転である。
このような場合、制御手段は、充電時間帯の開始時刻になると、目標充電電力を設定して、充電電力を目標充電電力に一挙に増大させるべく蓄電側インバータを制御すると共に、出力電力を負荷電力に追従する電主出力電力から総負荷電力に応じた電力に増大させるべく発電側インバータを制御することとなる。
特に、発電手段が燃料電池にて構成されている場合、燃料電池の出力電力を増大させるには、燃料電池への炭化水素系の原燃料の供給量を増大させることになるが、この原燃料供給量の増大が出力電力の増大に反映される状態となるのに比較的時間を要するため、燃料電池の出力電力の増大可能速度は蓄電手段の充電電力の増大可能速度に比べてかなり遅くなる。
その特徴構成は、前記制御手段は、
前記目標充電電力の増大に伴って前記総負荷電力が増大すると、前記逆潮流を生じさせない条件で、前記総負荷電力に応じて前記出力電力を増大すべく前記発電側インバータを制御すると共に、前記充電電力を前記発電手段における単位時間当たりの出力増大可能量である出力増大速度に応じた充電量増大速度にて前記目標充電電力に増大すべく、前記蓄電側インバータを制御するように構成されている点にある。
つまり、蓄電手段に充電する、あるいは、蓄電手段への充電電力を増大させるときには、目標充電電力を増大させることになる。ちなみに、目標充電電力の増大には、既に設定されている目標充電電力を増大させることが含まれることは勿論であるが、目標充電電力が0に設定されている状態で、目標充電電力が0よりも大きい値に設定されることも含むものである。
そして、そのような目標充電電力の増大に伴って出力電力が増大されるときは、出力上昇途中の充電電力と負荷電力とを加えた出力上昇途中の総負荷電力が出力電力を上回るのを十分に抑制することができるので、出力電力が総負荷電力に応じた電力まで増大するまでの間に、商用電力が蓄電手段に充電されることによってその商用電力の消費量が増加するのを十分に抑制することができるのである。
従って、商用電力の消費量をより一層低減するように運転し得る電力供給システムを提供することができる。
充電時間帯以外の負荷追従時間帯では、目標充電電力がゼロに設定されるので、負荷電力が発電手段の最大出力電力以下のときは、出力電力が負荷電力に追従する電力に調整され、そのような状態で、負荷電力が発電手段の最大出力電力を上回ると、負荷電力のうち発電出段の最大出力電力を上回る分を補うように蓄電手段からの放電電力が調整される。
つまり、負荷電力が発電手段の最大出力電力を上回ると、その上回り量を蓄電手段の蓄電電力で極力補うように運転することができ、そして、蓄電手段に充電するために出力電力を負荷電力よりも上回せるべく増大させるときには、上述したように、商用電力が不必要に蓄電手段に充電されるのを抑制することができるのである。
従って、商用電力の消費量を更に低減するように運転することができるようになった。
前記制御手段は、前記情報取得手段の取得情報に基づいて、前記充電量増大速度を求めるように構成されている点にある。
つまり、発電手段の出力増大速度は、発電手段の状態(例えば、発電手段の温度、出力電圧等)により変動する場合がある。
そこで、上述のように、情報取得手段を設けて、それにより得られる情報に基づいて出力増大速度に応じた充電量増大速度を求めて、その求めた充電量増大速度にて充電電力を増大するように構成することにより、発電手段の状態により発電手段の出力増大速度が変動しても、蓄電手段に充電するために出力電力を負荷電力よりも上回せるべく増大させるときに、商用電力が不必要に蓄電手段に充電されるのをより一層抑制することができるのである。
従って、商用電力の消費量を更に低減するように運転することができるようになった。
前記制御手段は、前記目標充電電力の増大に伴って前記総負荷電力が増大すると、前記出力電力が前記総負荷電力に応じた電力に達するまでの間、前記出力電力計測手段及び前記充電電力計測手段夫々の計測結果に基づいて、前記負荷電力に前記充電電力を加えた電力に対する前記出力電力の過不足を判定して、その過不足がなくなるように、前記充電量増大速度を補正し、その補正した充電量増大速度にて充電電力を増大すべく前記蓄電側インバータを制御するように構成されている点にある。
そして、目標充電電力の増大に伴って総負荷電力が増大すると、出力電力が総負荷電力に応じた電力に達するまでの間、例えば設定時間が経過する毎に、出力電力計測手段及び充電電力計測手段夫々の計測結果に基づいて、負荷電力に充電電力を加えた電力に対する出力電力の過不足が判定されて、その過不足がなくなるように、充電量増大速度が補正され、その補正された充電量増大速度にて充電電力を増大すべく蓄電側インバータが制御される。
つまり、目標充電電力の増大に伴って総負荷電力が増大するときに、充電電力を充電量増大速度にて目標充電電力に増大すべく蓄電側インバータが制御されるにしても、出力電力が総負荷電力に応じた電力に達するまでの間、実際の出力電力の増大速度が変動したり、実際の充電電力の増大速度が変動する場合がある。
そこで、上述のように、出力電力が総負荷電力に応じた電力に達するまでの間、例えば設定時間が経過する毎に、充電量増大速度が補正されて、その補正された充電量増大速度にて充電電力が増大されるようにすることにより、出力電力が総負荷電力に応じた電力に達するまでの間に、出力上昇途中の充電電力と負荷電力とを加えた出力上昇途中の総負荷電力が発電手段の出力電力を上回るのをより一層抑制することができる。
従って、商用電力の消費量を更に低減するように運転することができるようになった。
つまり、発電手段の出力増大速度は発電手段の温度により変動し易い。
そこで、出力増大速度に応じた充電量増大速度を求めるための情報として、発電手段の温度を得ることにより、その温度に基づいて、充電量増大速度を実際の出力増大速度に良く適合した値で求めることができる。
従って、出力電力が総負荷電力に応じた電力に増大するまでの間に、出力上昇途中の充電電力と負荷電力とを加えた出力上昇途中の総負荷電力が出力電力を上回る状態となるのがより一層抑制されるので、商用電力の消費量を更に低減するように運転することができるようになった。
そこで、発電手段が燃料電池にて構成された電力供給システムに本発明を適用することにより、商用電力の消費量を効果的に低減することができる。
その特徴構成は、前記負荷電力に対して前記発電手段の出力電力が上回る分を充電可能で且つ蓄電している電力を前記負荷に放電可能な蓄電手段と、
前記商用電源に系統連系され且つ前記蓄電手段に充電する充電電力を調整可能な蓄電側インバータと、
前記蓄電手段及び前記蓄電側インバータを制御する蓄電制御手段とを備え、
その蓄電制御手段が、前記商用電源への逆潮流を生じさせない条件で、前記蓄電手段に目標充電電力を充電すべく前記蓄電側インバータを制御するように構成され、
更に、前記目標充電電力が増大すると、前記逆潮流を生じさせない条件で、前記充電電力を前記発電手段における単位時間当たりの出力増大可能量である出力増大速度に応じた充電量増大速度にて前記目標充電電力に増大すべく、前記蓄電側インバータを制御するように構成されている点にある。
従って、先に電力供給システムについて説明したのと同様に、出力電力が総負荷電力に応じた電力まで増大するまでの間に、商用電力が蓄電手段に充電されることによってその商用電力の消費量が増加するのを十分に抑制することができるので、商用電力の消費量をより一層低減するように運転し得る蓄電システムを提供することができる。
〔第1実施形態〕
先ず、第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、電力供給システムは、商用電源1に接続された負荷2に電力を出力する発電手段としての燃料電池3と、商用電源1に系統連系され且つ燃料電池3の出力電力を調整可能な発電側インバータ4と、負荷2が要求する負荷電力に対して燃料電池3の出力電力が上回る分を充電可能で且つ蓄電している電力を負荷に放電可能な蓄電手段としての蓄電部5と、商用電源1に系統連系され且つ蓄電部5に充電する充電電力及び蓄電部5から放電する放電電力を調整可能な蓄電側インバータ6と、運転を制御する制御手段C等を備えて構成されている。
更に、この電力供給システムには、商用電源1に系統連系された太陽電池21が設けられている。尚、この太陽電池21の出力電力は商用電源1に逆潮流可能であって売電可能であるので、以下では、説明を簡単にするために、太陽電池21の出力電力は全て売電されて、負荷2及び蓄電部5の充電用としては消費されないとして説明する。
燃料ガス生成部は、供給される都市ガス(例えば、天然ガスベースの都市ガス)等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫器、その脱硫器から供給される脱硫原燃料ガスと別途供給される水蒸気とを改質反応させて水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器、その改質器から供給される改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気にて二酸化炭素に変成処理する変成器、その変成器から供給される改質ガス中の一酸化炭素を別途供給される選択酸化用空気にて選択酸化する一酸化炭素除去器等から構成し、一酸化炭素を変成処理及び選択酸化処理により低減した改質ガスを燃料ガスとしてセルスタックに供給するように構成されている。
セルスタックには、そのセルスタックの温度を検出する温度センサ12が設けられている。
そして、発電コントローラ22により燃料供給量調整弁11を制御して、燃料ガス生成部への原燃料ガスの供給量を調整することにより、燃料電池3の出力電力を調整するように構成されている。
ちなみに、燃料電池3の出力電力は、出力調整下限電力を下限とし、燃料電池3の最大出力電力を上限とする出力電力調整範囲内で調整される。尚、この第1実施形態では、例えば、最大出力電力が700W程度に設定され、出力調整下限電力が200W程度に設定されている。
燃料電池3は、出力ライン14を介して受電ライン13に接続され、その出力ライン14に、発電側インバータ4が設けられている。
商用電源1は、例えば、単相3線式100/200Vであり、発電側インバータ4は、燃料電池3の直流の出力電力を商用電源1から受電する受電電力と同じ電圧及び同じ周波数に変換して、出力ライン14を通じて負荷2に供給するように構成され、又、出力電流の制御が可能なように構成されている。
蓄電部5は、例えば、リチウムイオン電池を用いて構成されている。
蓄電側インバータ6は、双方向型であり、蓄電部5に充電する充電時には、受電ライン13からの交流電力を蓄電部5の充電レベルに応じた直流電力に変換し、蓄電部5の放電時には、蓄電部5に蓄電されている直流電力を商用電源1からの交流電力と同じ電圧及び同じ周波数の交流電力に変換するように構成されており、又、入出力電流の制御が可能なように構成されている。
つまり、充電運転を実行することにより、燃料電池3の出力電力が蓄電部5に充電されて、蓄電部5が燃料電池3の電力負荷として動作し、放電運転を実行することにより、蓄電池5が商用電源1と並列の電源として動作して、その蓄電部5の蓄電電力が放電されて負荷2にて消費される構成となっている。
又、出力ライン14には、燃料電池3の出力電流を計測する出力電流計19が設けられている。
そして、負荷電流計16の計測値により、負荷2にて消費される負荷電力を求めるように構成され、又、出力電流計19の計測値により、燃料電池3の出力電力を計測するように構成されて、この出力電流計19により出力電力計測手段が構成されている。
統合コントローラ7が実行する学習運転計画の設定の仕方は周知であるので、詳細な説明及び図示を省略して簡単に説明する。
統合コントローラ7は、負荷電流計16の計測情報に基づいて、過去に負荷2で消費された負荷電力を、複数の運転周期にわたって運転周期毎に区分けして時系列的に記憶するように構成されている。ちなみに、この第1実施形態では、運転周期が例えば24時間に設定されている。
そして、統合コントローラ7は、次の運転周期の開始時点で、過去の負荷電力の記憶情報に基づいて、次の運転周期の予測負荷電力を時系列的に求めると共に、出力電力が負荷電力を上回るように燃料電池3を運転して蓄電部5に充電する充電時間帯を設定する。
そして、統合コントローラ7は、次の運転周期の開始時点において、上述のように設定した充電時間帯を蓄電コントローラ8に送信するように構成されている。
蓄電コントローラ8及び発電コントローラ22を備えて構成される制御手段Cは、燃料電池3及び蓄電部5夫々から商用電源1への逆潮流を生じさせない条件で、負荷電力と蓄電部5に充電するための目標充電電力との合算値である総負荷電力に応じて出力電力を調整すべく、発電側インバータ4及び蓄電側インバータ6夫々を制御するように構成されている。具体的には、蓄電コントローラ8は、蓄電部5から商用電源1への逆潮流を生じさせない条件で、蓄電部5に目標充電電力を充電すべく蓄電側インバータ6を制御し、並びに、発電コントローラ22は、燃料電池3から商用電源1への逆潮流を生じさせない条件で、負荷電力と蓄電部5に充電するための目標充電電力との合算値である総負荷電力に応じて出力電力を調整すべく、発電側インバータ4を制御する。つまり、総負荷電力をTとし、負荷電力をLとし、目標充電電力Cpとすると、総負荷電力Tは以下の式1にて求められる。
そして、本発明では、蓄電コントローラ8及び発電コントローラ22を備えて構成される制御手段Cは、出力強制増大運転の開始時であって、目標充電電力Cpの増大に伴って総負荷電力Tが増大すると、逆潮流を生じさせない条件で、充電電力Cを燃料電池3における単位時間当たりの出力増大可能量である出力増大速度に応じた充電量増大速度にて目標充電電力Cpに増大すべく、蓄電側インバータ6を制御すると共に、総負荷電力Tに応じて出力電力Gを増大すべく発電側インバータ4を制御する開始時処理を実行するように構成されている。具体的には、開始時処理では、蓄電コントローラ8が、充電電力Cを燃料電池3における単位時間当たりの出力増大可能量である出力増大速度に応じた充電量増大速度にて目標充電電力Cpに増大すべく、蓄電側インバータ6を制御し、並びに、発電コントローラ22が、総負荷電力Tに応じて出力電力Gを増大すべく発電側インバータ4を制御する。
そして、蓄電コントローラ8のメモリ8mには、図2に示すように、燃料電池3(具体的には、セルスタック)の温度と充電量増大速度との関係(以下、温度対充電量増大速度関係と記載する場合がある)が記憶されている。
ちなみに、この第1実施形態では、充電量増大速度は出力増大速度と同一に設定される。尚、図2において、t1<t2<………<t4であり、充電量増大速度α1〜α5が1秒当たりの電力増大量(W)の情報として記憶されている。
そして、蓄電コントローラ8は、温度センサ12の検出情報と温度対充電量増大速度関係の記憶情報とに基づいて、出力増大速度に応じた充電量増大速度を求めるように構成されている。つまり、出力増大速度に応じた充電量増大速度を求めるための情報を得る情報取得手段が、温度センサ12により構成されていることになる。
先ず、負荷追従時間帯における制御動作について説明を加える。
蓄電コントローラ8は、負荷追従時間帯では、予め設定された出力調整周期毎に、負荷電流計16の計測値に基づいて負荷電力Lを求めて、負荷電力Lが出力調整下限電力以上の時は、目標充電電力Cpを0に設定する。つまり、目標充電電力Cpが0に設定される電主運転では、上記の式1により、総負荷電力Tを負荷電力Lに設定される。更に、その総負荷電力Tから予め設定された設定逆流防止用電力γを減じた電力を、出力調整下限電力を下限とし且つ最大出力電力Gmaxを上限とする条件で、目標出力電力Gpとして設定する。
つまり、目標出力電力Gpは、以下の式2で求められる。
但し、負荷追従時間帯において、負荷電力Lが出力調整下限電力よりも小さいときは、出力電力Gが出力調整下限電力に調整されることになるので、蓄電コントローラ8は、出力電力Gのうち負荷電力Lを上回る電力を蓄電部5に充電すべく充電電力Cを調整するように蓄電側インバータ6を制御する。又、蓄電コントローラ8は、負荷電力Lが最大出力電力Gmaxよりも大きいときは、負荷電力Lから最大出力電力Gmaxを減じた不足電力を蓄電部5から放電すべく放電電力を調整するように蓄電側インバータ6を制御する。
又、発電コントローラ22は、発電側変流器17の計測値を監視して、逆潮流が発生する虞のあるときは、上述の制御に拘わらず逆潮流を防止すべく発電側インバータ4を制御する。又、蓄電コントローラ8は、蓄電側変流器18の計測値を監視して、逆潮流が発生する虞のあるときは、上述の制御に拘わらず逆潮流を防止すべく蓄電側インバータ6を制御する。
蓄電コントローラ8は、出力強制増大運転では、総負荷電力Tを、燃料電池3の最大出力電力Gmaxに固定的に設定した状態で、上述の式1に基づいて、目標充電電力Cpを設定する。例えば、負荷電力Lが300Wであるとすると、目標充電電力Cpは400Wに設定される。
又、蓄電コントローラ8は、出力強制増大運転では、目標出力電力Gpを燃料電池3の最大出力電力Gmax(即ち、総負荷電力Tに応じた電力)に設定する。
そして、蓄電コントローラ8は、出力強制増大運転を開始するに当たっては、先ず、出力強制増大運転を開始するための開始条件が満たされるか否かを判定して、その開始条件が満たされると、先ず、燃料電池1の出力電力Gを最大出力電力Gmax(即ち、総負荷電力Tに応じた電力)にまで上昇させる開始時処理を実行したのち、出力強制増大運転を実行する。
つまり、蓄電部5に充電するにしても、その充電電力Cが低いほど充電効率が低くなる。そこで、最低充電電力Cminは、蓄電部5への充電効率の低下を十分に抑制して、この電力供給システムの総合エネルギ効率の低下を十分に抑制し得る値に設定される。
つまり、出力電力Gが目標出力電力Gpになるように発電側インバータ4を制御しても、出力電力Gが目標出力電力Gpに増大するまでには、設定時間Sが少なくとも2回以上経過するだけの時間がかかるので、出力電力Gが目標出力電力Gp(Gmax)に達するまでの間、設定時間S毎に、温度センサ12の検出情報と温度対充電量増大速度関係の記憶情報とに基づいて充電量増大速度を求めて、求めた充電量増大速度に応じた増大量だけ充電電力を増大すべく蓄電側インバータ6を制御することになる。
又、発電コントローラ22は、発電側変流器17の計測値を監視して、逆潮流が発生する虞のあるときは、上述の制御に拘わらず逆潮流を防止すべく発電側インバータ4を制御し、蓄電コントローラ8は、蓄電側変流器18の計測値を監視して、逆潮流が発生する虞のあるときは、上述の制御に拘わらず逆潮流を防止すべく蓄電側インバータ6を制御する。
図3に示すように、蓄電コントローラ8は、充電時間帯の開始時刻になると、負荷電力Lが最大出力電力Gmaxよりも低く、且つ、式1により求めた目標充電電力Cp(=T(Gmax)−L)が最低充電電力Cmin以上である開始条件が満たされるか否かを判定して、満たされると、後述する開始時処理を実行する(ステップ#1〜5)。
出力電力計19の計測値により求めた出力電力Gが目標出力電力Gp(Gmax)に増大すると、開始時処理を終了し(ステップ#5)、それ以降は、式1により求めた目標充電電力Cpが最低充電電力Cmin以上である間は、充電時間帯の終了時刻になるまで、蓄電コントローラ8は、充電電力Cが目標充電電力Cpになるように蓄電側インバータ6を制御する出力強制増大運転を実行し、発電コントローラ22は、出力電力Gが目標出力電力Gp(Gmax、即ち、総負荷電力Tに応じた電力)になるように発電側インバータ4を制御すると共に、原燃料ガス供給量が目標出力電力Gpに応じた量になるように燃料供給量調整弁11を制御する(ステップ#6〜11)。
この電主運転中に、負荷電力Lが減少して、目標充電電力Cpが最低充電電力Cmin以上になると、ステップ#5に戻って、開始時処理を実行した後、上述のように出力強制増大運転を実行する(ステップ#6〜11)。
つまり、燃料電池3の温度が例えばt1〜t2の間の温度であり、充電量増大速度がα2(W/sec)であると、充電電力増大量ΔCは、α2(W)に設定される。
そして、蓄電コントローラ8は、充電電力Cを充電電力増大量ΔC増大すべく蓄電側インバータ6を制御し、並びに、発電コントローラ22は、出力電力Gが目標出力電力Gp(Gmax、即ち、総負荷電力Tに応じた電力に相当する)になるように発電側インバータ4を制御すると共に、原燃料ガス供給量が出力電力計19の計測値により求めた出力電力に応じた量になるように燃料供給量調整弁11を制御し、設定時間Sが経過すると、蓄電コントローラ8は、出力電力Gが目標出力電力Gp以上か否かを判定する(ステップ#24〜28)。そして、出力電力Gが目標出力電力Gpよりも低い間は、上述のステップ#21〜27の処理を繰り返し、出力電力Gが目標出力電力Gp以上になると、開始時処理を終了して、図3に示すフローチャートのステップ#6に戻る。
尚、図5は、出力電力G(W)、負荷電力L(W)、充電電力C(W)、燃料電池3の温度t(℃)、充電量増大速度(W/sec)夫々の時間的な推移を示す表であり、各設定時間Sの開始時点での値を示す。
充電時間帯の開始時刻で出力強制増大運転の開始条件が満たされると、出力電力Gが目標出力電力Gpに増大するまで、以下のように、設定時間S毎に充電電力Cを充電量増大速度に応じた増大量だけ増大すべく蓄電側インバータ6を制御し、それと並行して、出力電力Gが目標出力電力Gpになるように発電側インバータ4を制御する。
そして、充電電力Cを充電電力増大量ΔC増大すべく、蓄電側インバータ6を制御する。つまり、充電時間帯の開始時刻での充電電力C1は0であるので、充電電力Cがα2になるように蓄電側インバータ6を制御する。
2回目の設定時間Sの開始時点(1回目の設定時間Sの終了時点)の出力電力G2は、1回目の開始時点の出力電力G1からα2(W)増大し、充電電力Cも1回目の設定時間Sの開始時点の充電電力C1(=0)からα2(W)増大している。
そして、2回目の設定時間Sの開始時点の温度センサ12の検出温度がt1〜t2の間であると、充電量増大速度としてα2(W/sec)が求められ、充電電力増大量ΔCがα2(W)に設定され、充電電力Cを充電電力増大量ΔC増大すべく蓄電側インバータ6を制御する。
以降、出力電力Gが目標出力電力Gpに増大するまで、上述の処理が繰り返される。
例えば、4回目の設定時間Sの開始時点の温度センサ12の検出温度がt2〜t3の間であると、充電量増大速度としてα3(W/sec)が求められ、充電電力増大量ΔCがα3(W)に設定される。
従って、出力強制増大運転を開始するに当たって、上述の如き開始時処理を実行することにより、出力電力Gが総負荷電力Tに応じた電力(Gmax)まで増大するまでの間において、充電電力Cと負荷電力Lとを加えた出力上昇途中の総負荷電力が出力電力Gを上回るのを抑制することができるので、商用電力が蓄電部5に充電されることによって商用電力の消費量が増加するのを抑制することができる。
以下、第2実施形態を説明するが、この第2実施形態は出力強制増大運転の開始時処理の別実施形態を説明するものである。
この第2実施形態の電力供給システムでは、図1に二点鎖線にて示すように、第1実施形態の構成に加えて、充放電ライン15に、蓄電部5に充電される電流を計測する充電電流計20が設けられている。
そして、蓄電コントローラ8は、充電電流計20の計測値により、蓄電部5に充電される充電電力を求めるように構成されており、この充電電流計20により、蓄電部5の充電電力を計測する充電電力計測手段が構成されている。
そして、蓄電コントローラ8及び発電コントローラ22を備えて構成される制御手段Cは、出力強制増大運転の開始時処理では、出力電力Gが総負荷電力Tに応じた電力に達するまでの間、設定時間Sが経過する毎に、出力電力計19及び充電電流計20夫々の計測結果に基づいて、負荷電力Lに充電電力Cを加えた電力に対する出力電力Gの過不足ΔPを判定して、その過不足ΔPがなくなるように、充電量増大速度を補正し、その補正した充電量増大速度にて充電電力Cを増大すべく蓄電側インバータ6を制御するように構成されている。
但し、逆潮流が発生しないように発電側インバータ4及び蓄電側インバータ6が制御されるため、過不足ΔPが負の値になることはないので、以下では過不足ΔPを過大量ΔPと記載する場合がある。
即ち、過大量ΔPは、下記の式3により求められる。
尚、出力強制増大運転全体のフローチャートは、上記の第1実施形態において説明した図3に示すフローチャートと同様であるので、説明を省略する。
図6に示すように、蓄電コントローラ8は、開始時処理では、先ず、温度センサ12にて検出される燃料電池3の温度を読み込んで、温度センサ12の検出情報と温度対充電量増大速度関係の記憶情報とに基づいて、出力増大速度に応じた充電量増大速度を求める(ステップ#31,32)。
つまり、燃料電池3の温度が、例えばt1〜t2の間の温度であると、充電量増大速度としてβ2(W/2sec)が求められる。
続いて、上記の式3により求めた過大量ΔPが上限過大量ΔPmax以下か否かを判定して、上限過大量ΔPmaxよりも大きいときは、負荷電力Lに充電電力Cを加えた電力と出力電力Gが等しくなるように、充電量増大速度を補正する(ステップ#33,34)。
ちなみに、上限過大量ΔPmaxは、0よりも大きく、しかも、出力上昇途中の充電電力Cと負荷電力Lとを加えた出力上昇途中の総負荷電力が出力電力Gを上回るのを極力小さくすることができる値、例えば5W程度に設定される。
そして、蓄電コントローラ8は、充電電力Cを充電電力増大量ΔC増大すべく蓄電側インバータ6を制御し、設定時間Sが経過すると、出力電力Gが目標出力電力Gp以上か否かを判定し、その間、発電コントローラ22は、出力電力Gが目標出力電力Gp(Gmax、即ち、総負荷電力Tに応じた電力に相当する)になるように発電側インバータ4を制御すると共に、原燃料ガス供給量が出力電力計19の計測値により求めた出力電力Gに応じた量になるように燃料供給量調整弁11を制御する(ステップ#36〜40)。そして、出力電力Gが目標出力電力Gpよりも低い間は、上述のステップ#31〜40の処理を繰り返し、出力電力Gが目標出力電力Gp以上になると、開始時処理を終了して、図3に示すフローチャートのステップ#6に戻る。
尚、図7は、出力電力G(W)、負荷電力L(W)、充電電力C(W)、燃料電池3の温度t(℃)、充電量増大速度(導出値及び補正値、W/2sec)夫々の時間的な推移を示す表であり、各設定時間Sの開始時点での値を示す。図8は、負荷電力L、出力電力G及び総負荷電力Tの時間的な推移を示すグラフである。
上記の第1実施形態と同様に、充電時間帯の開始時刻で出力強制増偉大運転の開始条件が満たされると、出力電力Gが目標出力電力Gpに増大するまで、以下のように、設定時間S毎に充電電力Cを充電量増大速度に応じた増大量だけ増大すべく蓄電側インバータ6を制御し、それと並行して、出力電力Gが目標出力電力Gpになるように発電側インバータ4を制御する。
そして、充電時間帯の開始時刻で充電電力Cを充電電力増大量ΔC増大すべく蓄電側インバータ6を制御する。
2回目の設定時間Sの開始時点(1回目の設定時間Sの終了時点)では、出力電力G2は、1回目の設定時間Sの開始時点の出力電力G1(W)からβ2(W)増大する予定であったが、β2−10(W)しか増加せず、一方、充電電力Cが予定通りβ2(W)増加し、負荷電力L2が1回目の設定時間Sの開始時点の負荷電力L1から変化しなかったとすると、過大量ΔPは10Wになり、充電量増加速度を補正する必要がある。
そして、2回目の設定時間Sの開始時点の温度センサ12の検出温度がt1〜t2の間であると、充電量増大速度はβ2(W/2sec)であるが、β2−10(W/2sec)に補正される。
続いて、充電電力増大量ΔCがβ2−10(W)に設定され、充電電力Cを充電電力増大量ΔC増大すべく蓄電側インバータ6を制御する。
この2回目の設定時間Sの間に、出力電力Gが燃料電池3の温度に応じた出力増大速度(β2/2sec)で増大すると、充電電力Cはβ2−10(W)増大するので、負荷電力LがL2から変化しなかったとすると、3回目の設定時間Sの開始時点では、充電電力Cは出力電力Gが負荷電力Lを上回る電力と同一となる。
以降、出力電力Gが目標出力電力Gpに増大するまで、上述の処理が繰り返される。
出力強制増大運転を開始するに当たって、上述の如き開始時処理を実行せずに、充電電力Cを目標充電電力Cpに一挙に増大させるべく蓄電側インバータ6を制御した場合、図9に示すように、負荷電力L、出力電力G及び総負荷電力Tが時間経過に伴い推移する。
尚、図9の場合も、発電側インバータ4及び燃料供給量調整弁11の制御形態は、図8に示す場合と同様であり、充電時間帯の開始時刻になると、出力電力Gが目標出力電力Gpになるように発電側インバータ4を制御すると共に、原燃料ガス供給量が出力電力計19の計測値により求めた出力電力に応じた量になるように燃料供給量調整弁11を制御する。
つまり、図8及び図9において、網点で示す部分は、出力上昇途中の充電電力Cと負荷電力Lとを加えた出力上昇途中の総負荷電力が燃料電池3の出力電力Gを上回る分であり、蓄電部5への充電電力Cのうちで、燃料電池3の出力電力Gでは賄われずに、商用電力で賄われる部分である。
従って、出力強制増大運転を開始するに当たって、上述の如き開始時処理を実行することにより、出力電力Gが総負荷電力Tに応じた電力まで増大するまでの間において、出力上昇途中の充電電力Cと負荷電力Lとを加えた出力上昇途中の総負荷電力が出力電力Gを上回るのを抑制することができる。
しかも、負荷電力Lに充電電力Cを加えた電力に対する出力電力Gの過不足が判定されて、その過不足がなくなるように充電量増大速度が補正されて、その補正された充電量増大速度にて充電電力が増大されるので、出力電力Gが総負荷電力Tに応じた電力に達するまでの間に、出力上昇途中の充電電力Cと負荷電力Lとを加えた出力上昇途中の総負荷電力が出力電力Gを上回るのをより一層抑制することができる。
その結果、蓄電部5に充電されることによって商用電力の消費量が増加するのをより一層抑制することができる。
次に別実施形態を説明する。
(イ) 出力強制増大運転の開始時処理において、充電電力を出力増大速度に応じた充電量増大速度にて目標充電電力に増大すべく蓄電側インバータ6を制御するに当たって、上記の各実施形態では、充電電力を設定時間S毎に段階的に増大するように構成したが、充電電力を連続的に増大するように構成しても良い。
この(ハ)に記載する別実施形態、及び、上記の(ロ)に記載する別実施形態では、目標充電電力Cpになるまで充電電力Cを一定の充電量増大速度にて連続的に増大させるべく、蓄電側インバータ6を制御するように構成するので、充電電力Cは一次関数的に増大することになる。この場合、負荷電力L、出力電力G及び総負荷電力Tの時間的な推移は、例えば、図10に示すグラフのようになる。
又、燃料電池3の出力電力を増大させる処理(発電側インバータ4、燃料供給量調整弁11等の制御)を開始した時点からの経過時間により、燃料電池3の出力増大速度が変動する場合があるので、その場合は、燃料電池3の出力電力を増大させる処理を開始した時点からの経過時間を計測する計時手段にて情報取得手段を計測することができる。
又、目標充電電力Cpを複数段に段階的に設定するように構成して、目標充電電力Cpを上の段の値に増大設定するのに伴って総負荷電力Tが増大するときに、出力強制増大運転の開始時処理を実行するように構成しても良い。
本発明を、蓄電システムとして実施する場合は、蓄電システムは、蓄電部5、蓄電側インバータ6及び蓄電コントローラ8等を備えて構成することになる。
2 負荷
3 燃料電池(発電手段)
4 発電側インバータ
5 蓄電部(蓄電手段)
6 蓄電側インバータ
8 発電コントローラ(発電制御手段)
12 温度センサ(情報取得手段)
19 出力電流計(出力電力計測手段)
20 充電電流計(充電電力計測手段)
22 蓄電コントローラ(蓄電制御手段)
C 制御手段
Claims (7)
- 商用電源に接続された負荷に電力を出力する発電手段と、
前記商用電源に系統連系され且つ前記発電手段の出力電力を調整可能な発電側インバータと、
前記負荷が要求する負荷電力に対して前記発電手段の出力電力が上回る分を充電可能で且つ蓄電している電力を前記負荷に放電可能な蓄電手段と、
前記商用電源に系統連系され且つ前記蓄電手段に充電する充電電力を調整可能な蓄電側インバータと、
運転を制御する制御手段とが設けられ、
前記制御手段が、前記発電手段及び前記蓄電手段夫々から前記商用電源への逆潮流を生じさせない条件で、前記負荷電力と前記蓄電手段に充電するための目標充電電力との合算値である総負荷電力に応じて前記出力電力を調整すべく、前記発電側インバータ及び前記蓄電側インバータ夫々を制御するように構成された電力供給システムであって、
前記制御手段は、
前記目標充電電力の増大に伴って前記総負荷電力が増大すると、前記逆潮流を生じさせない条件で、前記総負荷電力に応じて前記出力電力を増大すべく前記発電側インバータを制御すると共に、前記充電電力を前記発電手段における単位時間当たりの出力増大可能量である出力増大速度に応じた充電量増大速度にて前記目標充電電力に増大すべく、前記蓄電側インバータを制御するように構成されている電力供給システム。 - 前記制御手段は、前記負荷電力が前記発電手段の最大出力電力よりも小さい時間帯に設定される充電時間帯では、前記目標充電電力をゼロより大きい値に設定し、前記充電時間帯以外の負荷追従時間帯では、前記目標充電電力をゼロに設定するように構成されている請求項1に記載の電力供給システム。
- 前記出力増大速度に応じた充電量増大速度を求めるための情報を得る情報取得手段が設けられ、
前記制御手段は、前記情報取得手段の取得情報に基づいて、前記充電量増大速度を求めるように構成されている請求項1又は2に記載の電力供給システム。 - 前記発電手段の出力電力を計測する出力電力計測手段、及び、前記蓄電手段の充電電力を計測する充電電力計測手段が設けられ、
前記制御手段は、前記目標充電電力の増大に伴って前記総負荷電力が増大すると、前記出力電力が前記総負荷電力に応じた電力に達するまでの間、前記出力電力計測手段及び前記充電電力計測手段夫々の計測結果に基づいて、前記負荷電力に前記充電電力を加えた電力に対する前記出力電力の過不足を判定して、その過不足がなくなるように、前記充電量増大速度を補正し、その補正した充電量増大速度にて充電電力を増大すべく前記蓄電側インバータを制御するように構成されている請求項3に記載の電力供給システム。 - 前記情報取得手段が、前記発電手段の温度を前記情報として検出する温度検出手段にて構成されている請求項3又は4に記載の電力供給システム。
- 前記発電手段が燃料電池にて構成されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力供給システム。
- 商用電源に接続された負荷に電力を出力する発電手段と、
前記商用電源に系統連系され且つ前記発電手段の出力電力を調整可能な発電側インバータと、
前記発電手段及び前記発電側インバータを制御する発電制御手段とが設けられ、
その発電制御手段が、系内から前記商用電源への逆潮流を生じさせない条件で、前記負荷が要求する負荷電力を含む総負荷電力に応じて前記出力電力を調整すべく、前記発電側インバータを制御するように構成された電力供給システムに対して設けられる蓄電システムであって、
前記負荷電力に対して前記発電手段の出力電力が上回る分を充電可能で且つ蓄電している電力を前記負荷に放電可能な蓄電手段と、
前記商用電源に系統連系され且つ前記蓄電手段に充電する充電電力を調整可能な蓄電側インバータと、
前記蓄電手段及び前記蓄電側インバータを制御する蓄電制御手段とを備え、
その蓄電制御手段が、前記商用電源への逆潮流を生じさせない条件で、前記蓄電手段に目標充電電力を充電すべく前記蓄電側インバータを制御するように構成され、
更に、前記目標充電電力が増大すると、前記逆潮流を生じさせない条件で、前記充電電力を前記発電手段における単位時間当たりの出力増大可能量である出力増大速度に応じた充電量増大速度にて前記目標充電電力に増大すべく、前記蓄電側インバータを制御するように構成されている蓄電システム。
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