JP6095109B2 - Power supply system - Google Patents

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Description

本発明は、潮流発電装置を備えた独立型のマイクログリッドシステムとして使用可能な電力供給システムに関する。   The present invention relates to a power supply system that can be used as an independent microgrid system including a tidal current power generation device.

潮汐による潮流を利用して発電する潮流発電に関して、日本国内における検討は例えば非特許文献1及び2に記載されており、スコットランドや韓国における事例は例えば非特許文献3〜6に記載されている。特にスコットランドにおいては、潮流発電は、太陽光発電及び風力発電と同様に有力な自然エネルギ源に成長すると予測されている。   Regarding tidal power generation using tidal currents, studies in Japan are described in, for example, Non-Patent Documents 1 and 2, and examples in Scotland and Korea are described in Non-Patent Documents 3-6, for example. In Scotland in particular, tidal current power generation is expected to grow into a powerful natural energy source, similar to solar and wind power generation.

潮流発電では、潮の満ち引きにより潮流の速度と向きとが一定周期で変化するため、出力変動の予想が容易であるが、電力需給差を補うためには、蓄電装置の設置、出力制御の可能な電源の導入、及び/又は商用電源を含む電源網との連係等を要する。   In tidal power generation, the speed and direction of the tidal current change at regular intervals due to tidal flow, making it easy to predict output fluctuations.However, in order to compensate for the difference in power supply and demand, installation of power storage devices and output control It is necessary to introduce a possible power supply and / or link with a power supply network including a commercial power supply.

また、潮流発電と火力発電とを組み合わせて、電力を供給する発電システムも提案されている(例えば、特許文献1)。   In addition, a power generation system that supplies power by combining tidal power generation and thermal power generation has been proposed (for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載の発電システムは、火力発電のうち潮流発電と同程度の能力を持つタービンを選び、コンピュータで潮流発電の不足分に応じた電力を出力できるように火力をコントロールし、発電した電力を商用電力に変換するように構成されている。   The power generation system described in Patent Document 1 selects a turbine having the same capability as tidal power generation from thermal power generation, and controls the thermal power so that power corresponding to the shortage of tidal power generation can be output by a computer. It is configured to convert power into commercial power.

Kyozuka Y. An experimental study on the Darrieus - Savonius turbine for the tidal current power generation. JSME Journal of Fluid Science and Technology, 2008, 3(3), 439-449.Kyozuka Y. An experimental study on the Darrieus-Savonius turbine for the tidal current power generation.JSME Journal of Fluid Science and Technology, 2008, 3 (3), 439-449. Deog H D, Suzuki K. Power generation characteristics of a novel horizontal tidal current power generation system installed in the Akashi Strait of Japan. Sustainable Energy Technologies (ICSET), 2010 IEEE International Conference, 2010, 1-6.Deog H D, Suzuki K. Power generation characteristics of a novel horizontal tidal current power generation system installed in the Akashi Strait of Japan.Sustainable Energy Technologies (ICSET), 2010 IEEE International Conference, 2010, 1-6. Dolman S, Simmonds M, Towards best environmental practice for cetacean conservation in developing Scotland’s marine renewable energy, 2010, 34(5), 1021-1027.Dolman S, Simmonds M, Towards best environmental practice for cetacean conservation in developing Scotland ’s marine renewable energy, 2010, 34 (5), 1021-1027. Johnson K, Kerr S, Side J, Accommodating wave and tidal energy-Control and decision in Scotland, Ocean & Coastal Management, 2012,65, 26-33.Johnson K, Kerr S, Side J, Accommodating wave and tidal energy-Control and decision in Scotland, Ocean & Coastal Management, 2012,65, 26-33. Bae Y H, Kim K O, Choi B H, Lake Sihwa tidal power plant project, Ocean Engineering, 2010, 37(5-6), 454-463.Bae Y H, Kim K O, Choi B H, Lake Sihwa tidal power plant project, Ocean Engineering, 2010, 37 (5-6), 454-463. Lee D S, Oh S H, Yi J Y, Park W, Cho H S, Kim D G, Eom H M, Ahn S J, Experimental investigation on the relationship between sluice caisson shape of tidal power plant and the water discharge capability, Renewable Energy, 2010, 35(10), 2243-2256.Lee DS, Oh SH, Yi JY, Park W, Cho HS, Kim DG, Eom HM, Ahn SJ, Experimental investigation on the relationship between sluice caisson shape of tidal power plant and the water discharge capability, Renewable Energy, 2010, 35 ( 10), 2243-2256.

実開平6−8769号公報Japanese Utility Model Publication No. 6-8769

しかしながら、上述した特許文献1の発電システムは、潮流発電の不足分に応じた電力を出力できるように火力を制御するが、送電線網に接続される電力負荷を考慮しておらず、より安定した電力を供給することができなかった。   However, the power generation system of Patent Document 1 described above controls thermal power so that power corresponding to the shortage of tidal power generation can be output, but does not consider the power load connected to the transmission line network, and is more stable. Could not supply the power.

また、上述した特許文献1の発電システムにおいて、火力発電は、それ自体が温暖化を促進させる要因の1つとなるため、普及が難しかった。   Moreover, in the power generation system of Patent Document 1 described above, thermal power generation itself is one of the factors that promote global warming, so that it has been difficult to spread.

従って本発明の目的は、潮流発電装置を主電源として備え、より安定した電力を供給することができる電力供給システムを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a power supply system that includes a tidal current generator as a main power source and can supply more stable power.

本発明の他の目的は、他の電力システムとの連系を伴わない独立型のマイクログリッドシステムとして使用可能な電力供給システムを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a power supply system that can be used as a stand-alone microgrid system that is not linked to another power system.

本発明によれば、燃料ガスを利用して発電する燃料電池発電装置と、複数の太陽電池パネルから構成され、太陽光を利用して発電する太陽電池発電装置と、潮汐による潮流を利用して発電する潮流発電装置と、燃料電池発電装置、太陽電池発電装置及び潮流発電装置に接続されており、燃料電池発電装置、太陽電池発電装置及び潮流発電装置の出力電力を需要先に送電する送電線網と、少なくとも需要先を含む送電線網の電力負荷を検出する負荷検出手段と、燃料電池発電装置、太陽電池発電装置及び潮流発電装置の発電量を検出する発電量検出手段と、検出した電力負荷と検出した発電量との差に基づいて、燃料電池発電装置の発電量を制御する制御手段とを備えている電力供給システムが提供される。   According to the present invention, a fuel cell power generation device that generates power using fuel gas, a solar cell power generation device that includes a plurality of solar cell panels and generates power using sunlight, and a tidal current is used. A tidal power generation device that generates power, and a power transmission line that is connected to the fuel cell power generation device, the solar cell power generation device, and the tidal current power generation device, and transmits the output power of the fuel cell power generation device, the solar cell power generation device, and the tidal current power generation device to the customer Load detecting means for detecting the power load of the power transmission line network including at least the network, the power generation amount detecting means for detecting the power generation amount of the fuel cell power generation device, the solar cell power generation device and the tidal current power generation device, and the detected power A power supply system is provided that includes control means for controlling the power generation amount of the fuel cell power generation device based on the difference between the load and the detected power generation amount.

制御手段が送電線網における検出した電力負荷と発電量との差に基づいて、燃料電池発電装置の発電量を制御しているので、安定した電力を供給することができると共に、従来の商用電力網を要さない、独立型のマイクログリッドシステムとして使用可能である。   Since the control means controls the power generation amount of the fuel cell power generation device based on the difference between the detected power load and the power generation amount in the power transmission line network, it can supply stable power and the conventional commercial power network. Can be used as a stand-alone microgrid system.

制御手段は、検出した電力負荷に対して検出した発電量が不足している不足量を補うように燃料電池発電装置の発電量を制御するように構成されていることが好ましい。   The control means is preferably configured to control the power generation amount of the fuel cell power generation device so as to compensate for the shortage amount of the detected power generation amount with respect to the detected power load.

燃料電池発電装置は発電した直流電力を交流電力に変換する燃料電池インバータを備えており、制御手段は、燃料電池発電装置の燃料電池インバータから出力される交流電力の周波数を検出する周波数検出手段と、太陽電池発電装置及び潮流発電装置の出力電力の周波数を周波数検出手段により検出された周波数に同期するように制御する周波数制御手段とを有することも好ましい。これにより、複数の異なる種類の発電装置を同一電力供給システムに接続し電力を供給することができ、電力品質を向上することができる。   The fuel cell power generator includes a fuel cell inverter that converts generated DC power into AC power, and the control means includes frequency detection means for detecting the frequency of the AC power output from the fuel cell inverter of the fuel cell power generator. It is also preferable to have frequency control means for controlling the frequency of the output power of the solar battery power generation device and the tidal current power generation device so as to synchronize with the frequency detected by the frequency detection means. Thereby, a plurality of different types of power generation devices can be connected to the same power supply system to supply power, and the power quality can be improved.

太陽電池発電装置は発電した直流電力を交流電力に変換する太陽電池インバータを備えており、潮流発電装置は発電した直流電力を交流電力に変換する潮流インバータを備えており、制御手段の周波数制御手段は、太陽電池発電装置の太陽電池インバータから出力される交流電力及び潮流発電装置の交流電力の周波数を周波数検出手段により検出された周波数に同期するように構成されていることがより好ましい。   The solar cell power generation device includes a solar cell inverter that converts generated DC power into AC power, and the tidal current power generation device includes a tidal current inverter that converts generated DC power into AC power. Is more preferably configured to synchronize the frequency of the AC power output from the solar cell inverter of the solar cell power generator and the AC power of the tidal current power generator with the frequency detected by the frequency detection means.

送電線網にヒートポンプが接続されており、負荷検出手段は、需要先及びヒートポンプの両方の電力負荷を検出するように構成されていることも好ましい。ヒートポンプが接続されていることにより、余剰電力を熱に変換し、熱源として利用することが可能となる。   It is also preferable that a heat pump is connected to the power transmission line network, and the load detection means is configured to detect the power loads of both the demand destination and the heat pump. By connecting the heat pump, surplus power can be converted into heat and used as a heat source.

この場合、制御手段は、冬季においては燃料電池発電装置の発電量を最大値に制御し、ヒートポンプへ余剰電力を供給するように構成されていることが好ましい。   In this case, it is preferable that the control means is configured to control the power generation amount of the fuel cell power generation device to the maximum value in winter and to supply surplus power to the heat pump.

少なくとも燃料電池発電装置から排出された熱を回収する蓄熱手段をさらに備えていることが好ましい。これにより、燃料電池発電装置における発電と同時に発生した熱を熱源として利用することができる。   It is preferable to further include heat storage means for recovering at least the heat discharged from the fuel cell power generator. Thereby, the heat generated simultaneously with the power generation in the fuel cell power generator can be used as a heat source.

本発明によれば、制御手段が送電線網における検出した電力負荷と発電量との差に基づいて燃料電池発電装置の発電量を制御しているので、安定した電力を供給することができると共に、従来の商用電力網を要さない、独立型のマイクログリッドシステムとして使用可能である。   According to the present invention, since the control means controls the power generation amount of the fuel cell power generation device based on the difference between the detected power load and the power generation amount in the transmission line network, stable power can be supplied. It can be used as a stand-alone microgrid system that does not require a conventional commercial power grid.

本発明の一実施形態に係る電力供給システムの全体構成を概略的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a power supply system according to an embodiment of the present invention. 図1の電力供給システムの燃料電池発電装置の構成を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematically the structure of the fuel cell power generator of the electric power supply system of FIG. 図1の電力供給システムの太陽電池発電装置の構成を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly the structure of the solar cell power generation apparatus of the electric power supply system of FIG. 図1の電力供給システムの潮流発電装置の構成を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly the structure of the tidal current power generator of the electric power supply system of FIG. 図1の電力供給システムの制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control method of the electric power supply system of FIG.

図1は本発明の一実施形態に係る電力供給システムの全体構成を概略的に示しており、図2は燃料電池発電装置の構成を概略的に示しており、図3は太陽電池発電装置の構成を概略的に示しており、図4は潮流発電装置の構成を概略的に示しており、図5は図1の電力供給システムの制御方法を示している。   FIG. 1 schematically shows the overall configuration of a power supply system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 schematically shows the configuration of a fuel cell power generator, and FIG. 3 shows the configuration of a solar cell power generator. 4 schematically shows the configuration, FIG. 4 schematically shows the configuration of the tidal current power generation apparatus, and FIG. 5 shows the control method of the power supply system of FIG.

電力供給システム100は、燃料電池発電装置10と、太陽電池発電装置20と、複数の潮流発電装置30A及び30Bと、これら燃料電池発電装置10、太陽電池発電装置20並びに潮流発電装置30A及び30Bに接続された送電線網40と、送電線網40に接続された需要先50と、送電線網40に接続されたヒートポンプ60と、制御手段としての制御装置70と、燃料電池発電装置10及びヒートポンプ60に連結された蓄熱手段としての蓄熱槽80とを備えている。   The power supply system 100 includes a fuel cell power generation device 10, a solar cell power generation device 20, a plurality of tidal power generation devices 30A and 30B, and the fuel cell power generation device 10, the solar cell power generation device 20, and the tidal current power generation devices 30A and 30B. Connected power transmission line network 40, demand customer 50 connected to power transmission line network 40, heat pump 60 connected to power transmission line network 40, control device 70 as control means, fuel cell power generation device 10 and heat pump 60, and a heat storage tank 80 as a heat storage means.

燃料電池発電装置10は、都市ガスを利用する固体酸化物形燃料電池(SOFC)から主として構成されている。燃料電池発電装置10は、燃料ガスの流量をコントロールすることにより、発電量を制御することが可能である。この燃料電池発電装置10は、母線11と、三相遮断器12とを介して送電線網40に接続されている。   The fuel cell power generator 10 is mainly composed of a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses city gas. The fuel cell power generation device 10 can control the amount of power generation by controlling the flow rate of the fuel gas. The fuel cell power generator 10 is connected to a power transmission network 40 via a bus 11 and a three-phase circuit breaker 12.

図2に示すように、燃料電池発電装置10は、燃料電池セルスタック10aと、入力がこの燃料電池セルスタック10aの出力に接続されたDC−DCコンバータ10bと、入力がDC−DCコンバータ10bの出力に接続されたインバータ10cと、インバータ10cの出力と母線11との間に挿入接続された高調波フィルタ10dと、制御入力が母線11に接続され出力が制御装置70の入力に接続された電圧レギュレータ10eと、入力が電圧レギュレータ10eの出力に接続され出力がインバータ10cの制御入力に接続されたPWM(Pulse Width Modulation)ジェネレータ10fと、入力が燃料電池セルスタック10aの出力に接続された流量レギュレータ10gと、一方の入力が流量レギュレータ10gの出力に接続され、他方の入力が制御装置70に接続された流量セレクタ10hと、流量セレクタ10hの出力とリミッタ10jとの間に挿入接続されたスイッチ10iと、入力がスイッチ10iの出力に接続され出力が燃料電池セルスタック10aの制御入力に接続されたリミッタ10jとを備えている。燃料電池セルスタック10aから発生した電力は、DC−DCコンバータ10bにより昇圧された後、インバータ10cにより交流電力に変換され、高調波フィルタ10dによって、インバータ10cで生成された高調波成分を除去された後、母線11に供給される。この高調波フィルタ10dにより、電力品質をリアルタイムで改善することができる。   As shown in FIG. 2, the fuel cell power generation apparatus 10 includes a fuel cell stack 10a, a DC-DC converter 10b whose input is connected to an output of the fuel cell stack 10a, and an input which is a DC-DC converter 10b. An inverter 10c connected to the output, a harmonic filter 10d inserted and connected between the output of the inverter 10c and the bus 11, and a voltage whose control input is connected to the bus 11 and whose output is connected to the input of the control device 70 A regulator 10e, a PWM (Pulse Width Modulation) generator 10f whose input is connected to the output of the voltage regulator 10e and whose output is connected to the control input of the inverter 10c, and a flow rate regulator whose input is connected to the output of the fuel cell stack 10a 10g and one input is connected to the output of the flow regulator 10g, the other input Is connected to the control device 70, the switch 10i inserted between the output of the flow rate selector 10h and the limiter 10j, the input connected to the output of the switch 10i, and the output of the fuel cell stack 10a. And a limiter 10j connected to the control input. The electric power generated from the fuel cell stack 10a is boosted by the DC-DC converter 10b, then converted to AC power by the inverter 10c, and the harmonic component generated by the inverter 10c is removed by the harmonic filter 10d. Thereafter, it is supplied to the bus 11. The harmonic filter 10d can improve the power quality in real time.

この燃料電池発電装置10において、燃料電池セルスタック10aの出力特性については、予め設定される。制御装置70では、電圧レギュレータ10eから現在の発電量の信号を受ける。実際には母線11の周波数を電圧の周期から測定して、この周波数が規定周波数(50Hzなど)を上回る際は電力の供給過剰で、下回る際は電力の供給不足と判断する。制御装置70では上で述べた電力の需給収支を判断して、流量セレクタ10hに、起動・運転(Start)と停止(Stop)の指令を出す。一方、流量レギュレータ10gには、燃料電池セルスタック10aの電力出力量が入力され、流量セレクタ10hにこの値を出力する。流量セレクタ10hでは、制御装置70による起動・運転(Start)と停止(Stop)の指令信号と、流量レギュレータ10gによる燃料電池の出力量を表す信号が入力され、スイッチ10iに燃料流量を指令することで、燃料電池セルスタック10aに供給される燃料の量を制御する。ここで、スイッチ10iは燃料電池セルスタック10aに供給される燃料ガス(Fuel Gas)と空気(Air)の流量を調整するアクチュエータである。さらに、リミッタ10jは、流量セレクタ10hで決めた燃料ガス(Fuel Gas)と空気(Air)の流量の上限を制約するアクチュエータで、燃料電池セルスタック10aに供給される最大の燃料ガス(Fuel Gas)と空気(Air)を安全のために規制している。燃料電池セルスタック10aの出力は、DC−DCコンバータ10bとインバータ10cとによって、その周波数と電圧とが基準電圧及び基準周波数(例えば50Hz)となるように制御される。母線11の電力仕様は例えば50Hzの三相交流であり、電圧の実効値は例えば400Vである。   In this fuel cell power generator 10, the output characteristics of the fuel cell stack 10a are set in advance. The control device 70 receives a current power generation amount signal from the voltage regulator 10e. Actually, the frequency of the bus 11 is measured from the period of the voltage, and when this frequency exceeds a specified frequency (such as 50 Hz), it is determined that the power is excessively supplied, and when the frequency is lower than that, it is determined that the power is insufficiently supplied. The controller 70 determines the power supply / demand balance described above, and issues a start / operation (Start) and stop (Stop) command to the flow rate selector 10h. On the other hand, the power output amount of the fuel cell stack 10a is input to the flow rate regulator 10g, and this value is output to the flow rate selector 10h. The flow rate selector 10h receives a start / operation (Start) and stop (Stop) command signal from the control device 70 and a signal indicating the output amount of the fuel cell from the flow rate regulator 10g, and commands the fuel flow rate to the switch 10i. Thus, the amount of fuel supplied to the fuel cell stack 10a is controlled. Here, the switch 10i is an actuator that adjusts the flow rates of fuel gas and air supplied to the fuel cell stack 10a. Furthermore, the limiter 10j is an actuator that restricts the upper limits of the flow rates of fuel gas and air determined by the flow rate selector 10h, and is the maximum fuel gas supplied to the fuel cell stack 10a. Air is regulated for safety. The output of the fuel cell stack 10a is controlled by the DC-DC converter 10b and the inverter 10c so that the frequency and voltage thereof become a reference voltage and a reference frequency (for example, 50 Hz). The power specification of the bus 11 is, for example, 50 Hz three-phase alternating current, and the effective value of the voltage is, for example, 400V.

太陽電池発電装置20は、複数の太陽電池パネルから主として構成され、太陽光を利用して発電するメガソーラー装置(例えば、モジュール面積約5560m、最大出力1000kW)であり、母線21と、三相遮断器22とを介して送電線網40に接続されている。この太陽電池発電装置20の発電量は天候の影響によって変動する。 The solar cell power generation device 20 is a mega solar device (for example, a module area of about 5560 m 2 and a maximum output of 1000 kW) that mainly includes a plurality of solar cell panels and generates power using sunlight. It is connected to the power transmission network 40 via the circuit breaker 22. The amount of power generated by the solar cell power generator 20 varies depending on the influence of the weather.

太陽電池発電装置20は、図3に示すように、複数の太陽電池パネルからなる太陽電池パネル20aと、入力がこの太陽電池パネル20aに接続されたDC−DCコンバータ20bと、入力がこのDC−DCコンバータ20bに接続されたインバータ20cと、インバータ20cの出力と母線21との間に挿入接続された高調波フィルタ20dと、制御入力が母線21に接続され出力がPWMジェネレータ20fの入力に接続された電圧レギュレータ20eと、出力がインバータ20cの制御入力に接続されたPWMジェネレータ20fと、入力が太陽電池パネル20aに接続され出力がDC−DCコンバータ20bの制御入力に接続されたPWM回路20gとを備えている。太陽電池パネル20aの出力は、DC−DCコンバータ20bとインバータ20cとによってその周波数と電圧とが制御される。母線21の電力仕様は例えば50Hzの三相交流であり、電圧の実効値は例えば400Vである。PWM回路20gは、DC−DCコンバータ20bと協働して太陽電池発電装置20の出力が開放電圧に対する所定の割合で一定となるように充放電制御するように構成されている。PWM回路20gに代えて、又はこのPWM回路20gに付加してMPPT(Maximum Power Point Tracking)回路を設け、太陽電池発電装置20の出力が設置場所や天候に応じた最大出力となるように制御しても良い。図3に示す回路構成では、太陽電池パネル20aの直後に抵抗とコンデンサからなるスナバ回路20hが設けられている。このスナバ回路20hによって、日射量の急激な変化に伴うDC−DCコンバータ20b及びインバータ20cの破損を防止することができる。また、制御装置70からの制御信号は、電圧レギュレータ20eとPWMジェネレータ20fとを介してインバータ20cに入力され、太陽電池発電装置20の出力電力の周波数が燃料電池発電装置10の出力電力の基準周波数(例えば50Hz)とに同期するように制御されている。   As shown in FIG. 3, the solar battery power generation apparatus 20 includes a solar battery panel 20 a composed of a plurality of solar battery panels, a DC-DC converter 20 b whose input is connected to the solar battery panel 20 a, and an input that is DC− The inverter 20c connected to the DC converter 20b, the harmonic filter 20d inserted and connected between the output of the inverter 20c and the bus 21, the control input is connected to the bus 21 and the output is connected to the input of the PWM generator 20f. A voltage regulator 20e, a PWM generator 20f whose output is connected to the control input of the inverter 20c, and a PWM circuit 20g whose input is connected to the solar cell panel 20a and whose output is connected to the control input of the DC-DC converter 20b. I have. The frequency and voltage of the output of the solar cell panel 20a are controlled by the DC-DC converter 20b and the inverter 20c. The power specification of the bus 21 is, for example, a three-phase AC of 50 Hz, and the effective value of the voltage is, for example, 400V. The PWM circuit 20g is configured to perform charge / discharge control in cooperation with the DC-DC converter 20b so that the output of the solar battery power generation device 20 is constant at a predetermined ratio with respect to the open circuit voltage. An MPPT (Maximum Power Point Tracking) circuit is provided in place of the PWM circuit 20g or in addition to the PWM circuit 20g, and the output of the solar battery power generation device 20 is controlled to be the maximum output according to the installation location and the weather. May be. In the circuit configuration shown in FIG. 3, a snubber circuit 20h composed of a resistor and a capacitor is provided immediately after the solar cell panel 20a. The snubber circuit 20h can prevent the DC-DC converter 20b and the inverter 20c from being damaged due to a sudden change in the amount of solar radiation. The control signal from the control device 70 is input to the inverter 20c via the voltage regulator 20e and the PWM generator 20f, and the frequency of the output power of the solar cell power generation device 20 is the reference frequency of the output power of the fuel cell power generation device 10. (For example, 50 Hz).

潮流発電装置30A及び30Bは、異なる場所に配置されているが互いに同じ容量を有している。潮流発電装置30A及び30Bの各々は、潮流発電機として、例えば、高さ1.9m、回転直径1mのダリウス形水車を使用している。ダリウス形水車は下げ潮流時と上げ潮流時とによる潮流の向きの変化に対応することができる。潮流を利用する潮流発電では、潮の満ち引きにより潮流の速度と向きは一定周期で変化するので、潮流発電装置30A及び30Bの出力変動の予想は比較的容易である。   The tidal current power generation devices 30A and 30B are arranged at different locations but have the same capacity. Each of the tidal power generators 30A and 30B uses, for example, a Darrieus type water turbine having a height of 1.9 m and a rotation diameter of 1 m as a tidal power generator. Darius-type water turbines can cope with changes in the direction of tidal currents during low and high tides. In tidal current power generation using tidal currents, the speed and direction of the tidal currents change at a constant period due to the fullness of the tidal currents, so it is relatively easy to predict the output fluctuations of the tidal current power generation devices 30A and 30B.

潮流発電装置30A及び30Bの各々は、図4に示すように、潮流発電機30aと、入力がこの潮流発電機30aの出力に接続された整流器30bと、入力が整流器30bの出力に平滑回路30gを介して接続されたインバータ30cと、インバータ30cの出力と母線31との間に挿入接続された高調波フィルタ30dと、制御入力が母線31に接続され出力がPWMジェネレータ30fの入力に接続された電圧レギュレータ30eと、出力がインバータ30cの制御入力に接続されたPWMジェネレータ30fとを備えている。潮流発電機30aの出力は、整流器30bとインバータ30cとによってその周波数と電圧とが制御される。母線31の電力仕様は例えば50Hzの三相交流であり、電圧の実効値は例えば400Vである。また、制御装置70からの制御信号は、電圧レギュレータ30eとPWMジェネレータ30fとを介してインバータ30cに入力され、潮流発電装置30A及び30Bの出力電力の周波数が燃料電池発電装置10の出力電力の基準周波数(例えば50Hz)とに同期するように制御されている。   As shown in FIG. 4, each of the tidal power generators 30A and 30B includes a tidal power generator 30a, a rectifier 30b whose input is connected to the output of the tidal power generator 30a, and a smoothing circuit 30g that receives the output of the rectifier 30b. The inverter 30c connected via the inverter, the harmonic filter 30d inserted between the output of the inverter 30c and the bus 31, the control input connected to the bus 31 and the output connected to the input of the PWM generator 30f. A voltage regulator 30e and a PWM generator 30f whose output is connected to the control input of the inverter 30c are provided. The output of the tidal current generator 30a is controlled in frequency and voltage by the rectifier 30b and the inverter 30c. The power specification of the bus 31 is, for example, 50 Hz three-phase alternating current, and the effective value of the voltage is, for example, 400V. Further, the control signal from the control device 70 is input to the inverter 30c via the voltage regulator 30e and the PWM generator 30f, and the frequency of the output power of the tidal power generation devices 30A and 30B is a reference for the output power of the fuel cell power generation device 10. It is controlled to synchronize with a frequency (for example, 50 Hz).

送電線網40は、燃料電池発電装置10と、太陽電池発電装置20と、潮流発電装置30A及び30Bとから供給される電力を電力需要地点にある需要先50に伝送するシステムである。本実施形態では、他の商用電力網に接続されない独立型のマイクログリッドシステムである。図1の構成では、送電線網40に負荷としての需要先50の他にヒートポンプ60が接続されている。   The power transmission line network 40 is a system that transmits electric power supplied from the fuel cell power generation device 10, the solar cell power generation device 20, and the tidal current power generation devices 30A and 30B to the customer 50 at the power demand point. In this embodiment, it is an independent microgrid system that is not connected to another commercial power network. In the configuration of FIG. 1, a heat pump 60 is connected to the power transmission line network 40 in addition to the customer 50 as a load.

需要先50は、種々の電力供給先であり家庭用電力負荷及び工業用電力負荷等の種々の負荷を含んでおり、従って数秒以内の短時間で変化する場合のほかに、1日間の変化や1年間(季節間)の変化等が発生する。   The customer 50 is a variety of power supply destinations and includes various loads such as a household power load and an industrial power load. Therefore, in addition to a case where the demand changes within a short time within a few seconds, Changes occur for one year (seasonal).

ヒートポンプ60は、本実施形態においては、余剰電力を利用して電気エネルギを熱エネルギに変換する機器である。このヒートポンプ60から得られる熱は、熱を利用する種々の設備に供給されたり、蓄熱槽80に蓄熱される。地域によって、夏季と冬季とでは熱負荷が大きく異なるため、季節間での変化が大きい。   In this embodiment, the heat pump 60 is a device that converts electric energy into heat energy using surplus power. The heat obtained from the heat pump 60 is supplied to various facilities that use heat, or is stored in the heat storage tank 80. Depending on the region, the heat load varies greatly between summer and winter, so the change between seasons is large.

制御装置70は、電力供給システム100の動作を制御するための装置である。制御装置70は、まず、需要先50の消費電力を検出する測定器90aからの測定信号と、ヒートポンプ60の消費電力を検出する測定器90bからの測定信号とを受け取り、需要先50及びヒートポンプ60の消費電力を加算して総電力負荷を取得する。次いで、燃料電池発電装置10、太陽電池発電装置20並びに潮流発電装置30A及び30Bの総発電量に関する情報を取得し、取得した総発電量と総電力負荷との差に基づいて、燃料電池発電装置10の発電量を制御する。さらに、余剰電力をヒートポンプ60に供給する。特に、熱需要の多い冬季では、燃料電池発電装置10を最大稼働状態にして、余剰電力の全てをヒートポンプ60に供給する。   The control device 70 is a device for controlling the operation of the power supply system 100. First, the control device 70 receives a measurement signal from the measuring device 90a that detects the power consumption of the customer 50 and a measurement signal from the measuring device 90b that detects the power consumption of the heat pump 60, and receives the demand 50 and the heat pump 60. To obtain the total power load. Next, information on the total power generation amount of the fuel cell power generation device 10, the solar cell power generation device 20, and the tidal current power generation devices 30A and 30B is acquired, and based on the difference between the acquired total power generation amount and the total power load, the fuel cell power generation device 10 power generation amount is controlled. Further, surplus power is supplied to the heat pump 60. In particular, in the winter season when there is a great demand for heat, the fuel cell power generation device 10 is set to the maximum operating state, and all surplus power is supplied to the heat pump 60.

また、制御装置70は、燃料電池発電装置10のインバータ10cにより変換されて出力された交流電力の周波数を検出する周波数検出手段と、太陽電池発電装置20並びに潮流発電装置30A及び30Bの出力電力の周波数を、上述の周波数検出手段により検出された周波数と同期するように制御する周波数制御手段とを有する。   Further, the control device 70 detects the frequency of the AC power converted and output by the inverter 10c of the fuel cell power generation device 10, the output power of the solar cell power generation device 20 and the tidal current power generation devices 30A and 30B. Frequency control means for controlling the frequency so as to be synchronized with the frequency detected by the above-described frequency detection means.

蓄熱槽80は、蓄熱のための熱媒体を貯める設備である。蓄熱槽80は、ヒートポンプ60の他に燃料電池発電装置10にも接続されており、ヒートポンプ60及び燃料電池発電装置10から排出された熱を回収する蓄熱手段として利用されている。蓄熱槽80に貯まった熱は、熱を利用する設備に供給される。   The heat storage tank 80 is a facility for storing a heat medium for heat storage. The heat storage tank 80 is connected to the fuel cell power generation apparatus 10 in addition to the heat pump 60, and is used as a heat storage means for recovering heat discharged from the heat pump 60 and the fuel cell power generation apparatus 10. The heat stored in the heat storage tank 80 is supplied to equipment that uses heat.

以下、本実施形態における電力供給システム100の運転制御動作について説明する。図5に示すように、電力供給システム100を用いて電力供給を行う場合、制御装置70は、まず、潮流発電装置30A及び30Bの出力をONにする(ステップS1)。次いで、太陽電池発電装置20の出力をONにする(ステップS2)。次いで、運転開始(Start)の制御指令を燃料電池発電装置10の燃料電池セルスタック10aに送り、この燃料電池発電装置10を動作させる(ステップS3)。   Hereinafter, the operation control operation of the power supply system 100 in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 5, when supplying power using the power supply system 100, the control device 70 first turns on the outputs of the tidal current power generation devices 30A and 30B (step S1). Next, the output of the solar battery power generation device 20 is turned on (step S2). Next, a control command for starting operation is sent to the fuel cell stack 10a of the fuel cell power generator 10, and the fuel cell power generator 10 is operated (step S3).

次いで、燃料電池発電装置10の出力周波数を検出する(ステップS4)。その後、検出された燃料電池発電装置10の出力周波数を基準周波数に設定して、太陽電池発電装置20並びに潮流発電装置30A及び30Bの出力電力の周波数を制御し、設定した基準周波数(例えば50Hz)に同期させる(ステップS5)。   Next, the output frequency of the fuel cell power generator 10 is detected (step S4). Thereafter, the detected output frequency of the fuel cell power generation device 10 is set as a reference frequency, the frequency of the output power of the solar cell power generation device 20 and the tidal current power generation devices 30A and 30B is controlled, and the set reference frequency (for example, 50 Hz). (Step S5).

次いで、需要先50とヒートポンプ60との消費電力を含む電力負荷情報を取得する(ステップS6)。ここで、取得した電力負荷情報から需要先50の負荷電力とヒートポンプ60の負荷電力とを加算して総電力負荷を求める。次いで、燃料電池発電装置10と、太陽電池発電装置20と、潮流発電装置30A及び30Bとの発電量の総和である総発電量を含む総発電量情報を取得する(ステップS7)。   Next, power load information including power consumption of the customer 50 and the heat pump 60 is acquired (step S6). Here, the total power load is obtained by adding the load power of the customer 50 and the load power of the heat pump 60 from the acquired power load information. Next, the total power generation amount information including the total power generation amount that is the sum of the power generation amounts of the fuel cell power generation device 10, the solar cell power generation device 20, and the tidal current power generation devices 30A and 30B is acquired (step S7).

次に、総発電量が総電力負荷より小さいか否かを判断する(ステップS8)。ここで、総発電量が総電力負荷より所定値だけ小さいか否かを判断しても良い。総発電量が総電力負荷より小さくない(即ち、総発電量が総電力負荷以上である)と判断された場合(NOの場合)は、ステップS9へ進み、燃料電池発電装置10の出力を下げるように制御する(ステップS9)。一方、総発電量が総電力負荷より小さいと判断された場合(YESの場合)は、燃料電池発電装置10の出力を上げるように制御する(ステップS10)。   Next, it is determined whether the total power generation amount is smaller than the total power load (step S8). Here, it may be determined whether the total power generation amount is smaller than the total power load by a predetermined value. When it is determined that the total power generation amount is not smaller than the total power load (that is, the total power generation amount is equal to or greater than the total power load) (in the case of NO), the process proceeds to step S9 and the output of the fuel cell power generation device 10 is decreased. Control is performed as follows (step S9). On the other hand, when it is determined that the total power generation amount is smaller than the total power load (in the case of YES), control is performed to increase the output of the fuel cell power generation device 10 (step S10).

燃料電池発電装置10の出力を下げた後、又は燃料電池発電装置10の出力を上げた後、ステップS6の場合と同様に電力負荷情報を取得する(ステップS11)。そして、ステップS7の場合と同様に総発電量情報を取得する(ステップS12)。   After reducing the output of the fuel cell power generation device 10 or increasing the output of the fuel cell power generation device 10, the power load information is acquired in the same manner as in step S6 (step S11). Then, the total power generation amount information is acquired in the same manner as in step S7 (step S12).

次いで、ステップ13において、運転停止の指令があったか否かを判断する。ここで、運転停止の指令が無かったと判断された場合(NOの場合)は、ステップS8に戻り、ステップS8〜S12の処理動作を繰り返し、安定した電力供給を行う。   Next, in step 13, it is determined whether or not an operation stop command has been issued. Here, when it is determined that there has been no operation stop command (in the case of NO), the process returns to step S8, and the processing operations of steps S8 to S12 are repeated to perform stable power supply.

一方、ステップ13において、運転停止の指令があったと判断された場合は、ステップS14へ進み、太陽電池発電装置20の出力をOFFにする。そして、潮流発電装置30A及び30Bの出力をOFFにして(ステップS15)、燃料電池発電装置10を停止させる(ステップS16)。これにより、電力供給システム100の運転制御動作が完了する。   On the other hand, if it is determined in step 13 that there has been a command to stop operation, the process proceeds to step S14, and the output of the solar cell power generator 20 is turned OFF. Then, the outputs of the tidal power generation devices 30A and 30B are turned off (step S15), and the fuel cell power generation device 10 is stopped (step S16). Thereby, the operation control operation of the power supply system 100 is completed.

以上説明したように本実施形態において、電力供給システム100は、需要先50及びヒートポンプ60の送電線網40における総電力負荷と、燃料電池発電装置10、太陽電池発電装置20並びに潮流発電装置30A及び30Bの送電線網40における総発電量とを検出し、両者の差に基づいて、燃料電池発電装置の発電量を制御しているので、安定した電力を供給することができると共に、従来の商用電力網を要さない、独立型のマイクログリッドシステムとして使用可能である。   As described above, in the present embodiment, the power supply system 100 includes the total power load in the transmission line network 40 of the customer 50 and the heat pump 60, the fuel cell power generation device 10, the solar cell power generation device 20 and the tidal current power generation device 30A. Since the total power generation amount in the 30B transmission line network 40 is detected and the power generation amount of the fuel cell power generation device is controlled based on the difference between the two, stable power can be supplied and conventional commercial power can be supplied. It can be used as a stand-alone microgrid system that does not require a power grid.

さらに、本実施形態によれば、燃料電池発電装置10から出力される電力の周波数を検出する周波数検出手段と、太陽電池発電装置20並びに潮流発電装置30A及び30Bの出力電力の周波数をこの周波数検出手段で検出された周波数に同期するように制御する周波数制御手段とを有しているので、複数の異なる種類の発電装置を同一電力供給システムに接続し電力を供給することができ、電力品質を向上することができる。   Further, according to the present embodiment, the frequency detection means for detecting the frequency of the power output from the fuel cell power generation device 10 and the frequency of the output power of the solar cell power generation device 20 and the tidal current power generation devices 30A and 30B are detected by this frequency. Frequency control means for controlling to synchronize with the frequency detected by the means, so that a plurality of different types of power generation devices can be connected to the same power supply system to supply power, and power quality can be improved. Can be improved.

また、本実施形態によれば、送電線網40に需要先50と共に、ヒートポンプ60が接続されていることにより、余剰電力を熱に変換し、熱源として有効利用することができる。   Moreover, according to this embodiment, the heat pump 60 is connected to the power transmission line network 40 together with the customer 50, so that surplus power can be converted into heat and effectively used as a heat source.

さらにまた、本実施形態によれば、少なくとも燃料電池発電装置10から排出された熱を回収する蓄熱手段としての蓄熱槽80をさらに備えていることにより、燃料電池発電装置10における発電と同時に発生した熱を熱源として有効利用することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the heat storage tank 80 is further provided as a heat storage means for recovering at least the heat discharged from the fuel cell power generator 10, so that it is generated simultaneously with the power generation in the fuel cell power generator 10. Heat can be effectively used as a heat source.

なお、上述した実施形態においては、電力供給システム100は、燃料電池発電装置10、太陽電池発電装置20、並びに潮流発電装置30A及び30Bの3種の発電装置を備える例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、風力発電装置をさらに備えるようにしてもよい。また、太陽電池発電装置20の代わりに、風力発電装置又は地熱発電装置等を用いることもできる。   In the above-described embodiment, the power supply system 100 has been described as an example including the three types of power generation devices of the fuel cell power generation device 10, the solar cell power generation device 20, and the tidal current power generation devices 30A and 30B. Is not limited to this. For example, you may make it further provide a wind power generator. Further, instead of the solar battery power generation apparatus 20, a wind power generation apparatus or a geothermal power generation apparatus can be used.

また、上述した実施形態においては、電力供給システム100には、蓄電装置を設けるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the power supply system 100 may be provided with a power storage device.

以上述べた実施形態は本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。   The embodiments described above are illustrative of the present invention and are not intended to be limiting, and the present invention can be implemented in various other modifications and changes. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.

本発明の電力供給システムは、外部電源を要さないローカルエネルギー主体の独立電源ネットワークを構成する目的に利用できる。   The power supply system of the present invention can be used for the purpose of configuring an independent power supply network mainly based on local energy that does not require an external power supply.

10 燃料電池発電装置
10a 燃料電池セルスタック
10b、20b DC−DCコンバータ
10c、20c、30c インバータ
10d、20d、30d 高調波フィルタ
10e、20e、30e 電圧レギュレータ
10f、20f、30f PWMジェネレータ
10g 流量レギュレータ
10h 流量セレクタ
10i スイッチ
10j リミッタ
11、21、31A、31B 母線
12、22、32A、32B 三相遮断器
20 太陽電池発電装置
20g PWM回路
20h スナバ回路
30A、30B 潮流発電装置
30b 整流器
30g 平滑回路
40 送電線網
50 需要先
60 ヒートポンプ
70 制御装置
80 蓄熱槽
90a、90b 測定器
100 電力供給システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell power generation device 10a Fuel cell stack 10b, 20b DC-DC converter 10c, 20c, 30c Inverter 10d, 20d, 30d Harmonic filter 10e, 20e, 30e Voltage regulator 10f, 20f, 30f PWM generator 10g Flow regulator 10h Flow rate Selector 10i Switch 10j Limiter 11, 21, 31A, 31B Busbar 12, 22, 32A, 32B Three-phase circuit breaker 20 Solar cell power generator 20g PWM circuit 20h Snubber circuit 30A, 30B Tidal power generator 30b Rectifier 30g Smoothing circuit 40 Transmission line network 50 customer 60 heat pump 70 control device 80 heat storage tank 90a, 90b measuring instrument 100 power supply system

Claims (6)

燃料ガスを利用して発電する燃料電池発電装置と、
複数の太陽電池パネルから構成され、太陽光を利用して発電する太陽電池発電装置と、
潮汐による潮流を利用して発電する潮流発電装置と、
前記燃料電池発電装置、前記太陽電池発電装置及び前記潮流発電装置に接続されており、前記燃料電池発電装置、前記太陽電池発電装置及び前記潮流発電装置の出力電力を需要先に送電する送電線網と、
少なくとも前記需要先を含む前記送電線網の電力負荷を検出する負荷検出手段と、
前記燃料電池発電装置、前記太陽電池発電装置及び前記潮流発電装置の発電量を検出する発電量検出手段と、
前記検出した電力負荷と前記検出した発電量との差に基づいて、前記燃料電池発電装置の発電量を制御する制御手段とを備え
前記燃料電池発電装置は発電した直流電力を交流電力に変換する燃料電池インバータを備えており、前記制御手段は、前記燃料電池発電装置の前記燃料電池インバータから出力される交流電力の周波数を検出する周波数検出手段と、前記太陽電池発電装置及び前記潮流発電装置の出力電力の周波数を前記周波数検出手段により検出された周波数に同期するように制御する周波数制御手段とを有することを特徴とする電力供給システム。
A fuel cell power generator that generates power using fuel gas; and
A solar cell power generation device that is composed of a plurality of solar cell panels and generates power using sunlight; and
A tidal power generation device that generates power using tidal currents, and
A power transmission line network connected to the fuel cell power generation device, the solar cell power generation device, and the tidal current power generation device and transmitting output power of the fuel cell power generation device, the solar cell power generation device, and the tidal current power generation device to a demand destination When,
Load detecting means for detecting an electric load of the transmission line network including at least the demand destination;
A power generation amount detecting means for detecting a power generation amount of the fuel cell power generation device, the solar cell power generation device and the tidal current power generation device;
Control means for controlling the power generation amount of the fuel cell power generation device based on the difference between the detected power load and the detected power generation amount ,
The fuel cell power generator includes a fuel cell inverter that converts generated DC power into AC power, and the control means detects the frequency of the AC power output from the fuel cell inverter of the fuel cell power generator. Power supply comprising: frequency detection means; and frequency control means for controlling the frequency of output power of the solar cell power generation device and the tidal current power generation device so as to be synchronized with the frequency detected by the frequency detection means. system.
前記制御手段は、前記検出した電力負荷に対して前記検出した発電量が不足している不足量を補うように前記燃料電池発電装置の発電量を制御するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電力供給システム。   The control means is configured to control the power generation amount of the fuel cell power generation device so as to compensate for the shortage amount in which the detected power generation amount is insufficient with respect to the detected power load. The power supply system according to claim 1. 前記太陽電池発電装置は発電した直流電力を交流電力に変換する太陽電池インバータを備えており、前記潮流発電装置は発電した直流電力を交流電力に変換する潮流インバータを備えており、前記制御手段の前記周波数制御手段は、前記太陽電池発電装置の太陽電池インバータから出力される交流電力及び前記潮流発電装置の交流電力の周波数を前記周波数検出手段により検出された周波数に同期するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電力供給システム。 The solar cell power generation device includes a solar cell inverter that converts generated DC power into AC power, and the tidal current power generation device includes a tidal current inverter that converts generated DC power into AC power. The frequency control means is configured to synchronize the frequency of the alternating current power output from the solar battery inverter of the solar battery power generation apparatus and the alternating current power of the tidal current power generation apparatus with the frequency detected by the frequency detection means. The power supply system according to claim 1 , wherein the power supply system is a power supply system. 前記送電線網にヒートポンプが接続されており、前記負荷検出手段は、前記需要先及び前記ヒートポンプの両方の電力負荷を検出するように構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電力供給システム。 Wherein and heat pump is connected to the grid, the load detecting means, any of claims 1 to 3, characterized in that it is configured to detect the power load of both the demand end and said heat pump power supply system according to any one of claims. 前記制御手段は、冬季においては前記燃料電池発電装置の発電量を最大値に制御し、前記ヒートポンプへ余剰電力を供給するように構成されていることを特徴とする請求項に記載の電力供給システム。 5. The power supply according to claim 4 , wherein the control unit is configured to control a power generation amount of the fuel cell power generation device to a maximum value in winter and supply surplus power to the heat pump. system. 少なくとも前記燃料電池発電装置から排出された熱を回収する蓄熱手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の電力供給システム。 The power supply system according to any one of claims 1 to 5 , further comprising heat storage means for recovering at least heat discharged from the fuel cell power generator.
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