発電システム
【課題】 系統が復電した後、自立運転時においても利用可能な自立負荷に対して、なるべく早期に系統からの電力供給を可能にする発電システムを提供する。
【解決手段】 外部からエネルギ源の供給を受けて発電する発電機１２と、電力負荷６２に対して商用電源６０から電力が供給される第１状態と、商用電源６０からは電力が供給されず発電機１２の発電電力が供給される第２状態とを切換可能に構成された接続切換部５０と、接続切換部の切換制御を行う制御部１８と、を備えてなり、制御部１８が、商用電源６０を構成する電力系統が停電状態から通電状態に移行した後、系統が停電状態から復帰したことの認識が可能な所定の規定時間以上通電状態が継続していることを検知すると、接続切換部５０を第２状態から第１状態に切り換える制御を行う。
【解決手段】 外部からエネルギ源の供給を受けて発電する発電機１２と、電力負荷６２に対して商用電源６０から電力が供給される第１状態と、商用電源６０からは電力が供給されず発電機１２の発電電力が供給される第２状態とを切換可能に構成された接続切換部５０と、接続切換部の切換制御を行う制御部１８と、を備えてなり、制御部１８が、商用電源６０を構成する電力系統が停電状態から通電状態に移行した後、系統が停電状態から復帰したことの認識が可能な所定の規定時間以上通電状態が継続していることを検知すると、接続切換部５０を第２状態から第１状態に切り換える制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムに関し、特に、発電機を有すると共に、所定の電力負荷に対して少なくとも商用電源から電力が供給される第１状態と、前記所定の電力負荷に対して前記商用電源からは電力が供給されず前記発電機の発電電力が供給される第２状態とを切換可能に構成された発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ２排出量の削減や省エネルギを志向した分散型エネルギシステムの開発が行われており、実用化も進んできている。今後は、一般家庭、集合住宅、オフィス等においても電力消費エリアで発電を行う分散型発電システムの利用が進むものと考えられる。例えば、熱電併給可能なガスエンジンコジェネレーションシステムは、電力のみならず発電時に生ずる熱エネルギについても同時に有効利用できるため、全体的なエネルギ効率を向上させることができる点において注目を集めており、近年では、発電時に生じる熱を有効活用するための制御方法について、開発が行われているところである（例えば下記特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４００１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のようなガスエンジンコジェネレーションシステムを初めとする分散型発電システムは、発電時に系統連系して負荷に電力を供給することが想定されている一方、系統の停電時には、一部の負荷に対して発電機のみから電力供給が可能となるように構成されている。このように系統に連系されずに発電機が運転されている状態を「自立運転」という。
【０００５】
系統が停電して自立運転状態へ移行した場合、自立運転時においても電力供給が可能な所定の負荷に対してのみ当該発電機から所定の自立定格出力で電力供給が行われる。これは、あらゆる負荷に対して発電機からの電力供給を可能に構成した場合、発電機からの出力のみでは電力を完全に賄うことができない恐れがあることから、自立運転時には、一般的には相対的に重要な負荷に対してのみ電力が供給される構成としていることによる。即ち、自立運転時には、一定の限られた負荷（以下、「自立負荷」という）のみが利用可能となる結果、利用できない負荷が数多く存在するという状況となる。このため、電力需要者にとってみれば、系統の停電が復帰した後、直ちに系統側から電力供給を受けたいという事情がある。
【０００６】
一方、電力会社は、系統が停電したことを検知すると、停電原因を特定すべくバンク毎に一時的に送電して当該バンクが正常か否かの判断を行い、順次送電バンクを切り換えるという停電原因（事故区間）特定のための処理を行う。そして、最終的に停電原因となる事故が生じている区間が特定されると、当該事故区間を含まないバンクに対して通常の電力供給が行われる。系統から通常の電力供給が行われるようになると、自立負荷に対して電力が供給されている状態であった電力需要者が、全ての負荷に対して電力供給がされる状態となる。厳密には、自立運転時に分散型電源からの電力供給を受けていない負荷に対しては系統から電力供給され、自立負荷に対しては分散型電源からの電力供給がされる。その後、分散型電源を停止した後、自立負荷に対して系統からの電力供給を行うことで、全ての負荷に対して系統からの電力供給がされる状態となる。更にその後、分散型電源を再び運転させ、系統側と系統連系を行う。
【０００７】
自立運転時は、自立負荷に対して分散型電源から自立定格出力で電力が供給される。そして、系統が復電した後においても、この自立負荷に対しては、系統側に接続を切り換えるまでは引き続き分散型電源から電力が供給される。自立運転は、あくまで非常時においても重要な負荷に対して必要な電力を供給することを目的とするための運転であるため、その出力も自立定格出力に限定されている。従って、自立運転時には自立負荷の急激な増加には対応できない。更に、系統が復電しているにも拘らず、引き続き分散型電源のみから自立負荷に対して電力供給がされている状態というのは、ガスエンジンコジェネレーションシステムのように燃料ガスを発電時に消費する分散型電源の場合には、無駄にエネルギ源を消費することにもなりかねない。このような観点から、系統が復電すれば、自立負荷に対してもなるべく早期に系統からの電力供給を行う必要性がある。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑み、系統が復電した後、自立運転時においても利用可能な自立負荷に対して、なるべく早期に系統からの電力供給を可能にする発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る発電システムは、外部からエネルギ源の供給を受けて発電する発電機と、所定の電力負荷に対して商用電源から電力が供給される第１状態と、前記所定の電力負荷に対して前記商用電源からは電力が供給されず前記発電機の発電電力が供給される第２状態とを切換可能に構成された接続切換部と、前記接続切換部の切換制御を行う制御部と、を備えてなり、前記制御部が、前記商用電源を構成する電力系統が停電状態から通電状態に移行した後、前記電力系統が前記停電状態から復帰したことの認識が可能な所定の規定時間以上前記通電状態が継続していることを検知すると、前記接続切換部を前記第２状態から前記第１状態に切り換える制御を行うことを第１の特徴とする。
【００１０】
通常、電力需要者の負荷に接続されている系統が通電したことをもって直ちに系統が通常の状態に復電したと捉えることができないという事情がある。これは、停電原因（事故区間）特定のためにバンク毎に一時的な通電を行うため、事故区間が特定されるまでは、一時的な通電をもって当該電力需要者の負荷に接続している系統が完全に復電していると認識することができないためである。このため、系統の通電を確認した後、直ちに前記所定の電力負荷（自立負荷）に対して系統からの電力供給に切り換えた場合、再度系統の通電が停止する可能性がある。この場合、自立負荷に対して系統からの電力供給が停止し、再び発電機からの電力供給を行う必要性が生じる。
【００１１】
系統連系可能な発電機を備えるシステムにおいて、負荷に対して系統からの電力供給がなく発電機からの電力供給がされている状態から、当該負荷に対して系統から電力が供給される状態に切り換える場合、接続切換前又は後において発電機の運転を停止させることとなる。その後、再び自立運転を行うとなれば、再度発電機を起動させた後に当該発電機から前記自立負荷に対して電力供給を行うこととなる。つまり、系統が完全に復電したと判断して、電力供給源を発電機側から系統側に切り換えたにも拘らず、実際には系統が完全に復電したわけではなく、再度直ちに系統の通電状態が停止したことで発電機からの電力供給が必要になるとすれば、停止させた発電機を直ちに再度運転させる必要が生じる。このように発電機の頻繁な停止／運転制御を余儀なくされ、この結果電力源の余力がなくなり、起動が行えなくなるという問題も生じ得る。
【００１２】
本発明に係る発電システムの上記第１の特徴構成によれば、通電状態が規定時間継続していることを検知することで、系統が停電状態から通常の電力供給状態に完全に復帰したことを認識することができる。このため、その後に再度直ちに系統の通電が停止するという事態が生じる可能性が極めて低いため、かかる状態を認識した後に、接続切換部を第１状態に切り換えることで、前記所定の電力負荷（自立負荷）に対しても系統側から電力供給を安定して行うことができる。これにより、自立負荷に対して発電機から電力供給が行われるという状態から、系統復電後、できるだけ早期に、前記自立負荷に対して通常の系統からの電力供給が行われる状態に復帰させることができる。これによって急激な自立負荷の増加にも対応が可能となると共に、更に、発電機が必要以上にエネルギ源を消費するという事態を避けることもできる。
【００１３】
ここで、前記所定の規定時間として、電力会社の約款等において系統連系技術要件として定められている、系統通電後分散型発電を系統連系するまでに待機すべき時間（再連系阻止時間）を採用しても良い。前記再連系阻止時間は、技術的安全性の観点から定められたものであり、停電した系統の通電状態が確認された後、再連系阻止時間が経過すれば、当該系統は正常な通電状態に復帰（復電）したことが確認できるため、その後に系統連系を行っても系統側に支障はないことを電力会社側が保証しているとみなすことができる。即ち、系統の通電状態が確認された後、再連系阻止時間が経過した後に、第１状態に切り換えて自立負荷を系統側に接続することで、その後に再度直ちに系統の通電が停止するという事態が生じる可能性が極めて低く、且つ、系統復電後、できるだけ早期に、前記自立負荷に対して通常の系統からの電力供給が行われる状態に復帰させることができる。
【００１４】
又、本発明に係る発電システムは、上記第１の特徴構成に加えて、前記電力系統が停電状態か通電状態かを判定する系統通電検知部を備え、前記系統通電検知部が、前記電力系統が停電状態から通電状態に変化したとき、及び通電状態から停電状態に変化したときに当該状態変化を示す信号を前記制御部に送信することを第２の特徴とする。
【００１５】
本発明に係る発電システムの上記第２の特徴構成によれば、制御部が自動的に系統の通電／停電状態を認識することができる。このため、制御部は、系統通電検知部から、電力系統が停電状態から通電状態に変化した旨の信号を取得後、前記所定の規定時間が経過するまで再度系統通電検知部からの状態変化信号を取得しないことを条件に、接続切換部を第２状態から第１状態に切り換える制御を行うことで、系統復電後、できるだけ早期に、自立負荷に対して通常の系統からの電力供給が行われる状態に自動復帰させることができる。
【００１６】
又、本発明に係る発電システムは、上記第１又は第２の特徴構成に加えて、前記制御部が、前記接続切換部を前記第２状態から前記第１状態に切り換えた後、前記電力系統から解列されていた前記発電機を当該電力系統に系統連系する制御を行うことを第３の特徴とする。
【００１７】
本発明に係る発電システムの上記第３の特徴構成によれば、通電状態が前記所定の期間以上継続していることを検知した後に、接続切換部を第１状態に切り換えているため、その後であれば、電力系統が停電状態から復帰しているとみなすことができる。このため、接続切換部の接続状態の切り換え後、制御部が発電機を系統連系する制御を行っても、系統側に技術的な悪影響を与えることがない。これにより、停電した系統が復電した後、できるだけ早期に系統連系状態に自動的に復帰させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の構成によれば、系統が復電した後、自立運転時においても利用可能な自立負荷に対して、なるべく早期に系統からの電力供給を可能にする発電システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下において、本発明に係る発電システム（以下、適宜「本発明システム」という）の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明システムの概略構成を示すブロック図である。又、図２は、本発明システム１の排熱回収及び給湯及び暖房負荷に対する熱供給に係るシステム構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本発明システム１は、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット１０と、発電ユニット１０の運転時に発生する排熱を回収して給湯負荷７０と暖房端末７１に供給する排熱利用給湯暖房ユニット２０を備えて構成される。
【００２２】
図１に示すように、発電ユニット１０は、都市ガスを燃料として作動するガスエンジン１１、ガスエンジン１１によって駆動される発電機１２、発電機１２の発電電力を所定の電気方式の出力電圧と周波数の交流電力に変換する電力変換部１３、発電ユニット１０の運転並びに出力制御を行う制御部１８、及び、ガスエンジン１１の排熱との熱交換により冷却水を加熱して排熱利用給湯暖房ユニット２０側に供給する熱交換器１９を備えて構成されている。排熱利用給湯暖房ユニット２０には、熱交換器１９で回収された排熱を利用する排熱利用部２０ａが設けられており、熱交換器１９と排熱利用部２０ａの間に、排熱回収冷却液循環配管２２と、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液を循環させる循環ポンプ（電動冷却液ポンプ）３３が備えられ、熱交換器１９で回収された排熱が排熱利用部２０ａに伝達される構成となっている。
【００２３】
又、電力変換部１３は、発電機１２の出力端の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ１４と、コンバータ１４から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ１５とを備える。尚、コンバータ１４、インバータ１５は、何れも双方向に電圧変換可能な構成とする。
【００２４】
又、図２に示すように、排熱利用給湯暖房ユニット２０は、貯湯タンク２１、排熱回収冷却液循環配管２２、温水循環配管２３、排熱回収熱交換器２４、給湯出力配管２５、暖房出力循環配管２６、暖房熱交換器２７、給水配管２８、暖房端末循環配管２９、暖房端末分岐配管３０、補助熱源３１、及び制御部３２を備えて構成される。又、各配管には、必要に応じて、循環ポンプ３３〜３５、開閉弁３６、三方弁３７、三方弁３８、逆止弁、圧力調整弁、温度センサ、圧力センサ、流量計等が介装されている。
【００２５】
貯湯タンク２１は、発電ユニット１０の排熱回収により加熱された温水を貯湯することで、回収した排熱を蓄熱可能に構成され、更に、内部に介装された温度センサや水位センサ等の貯湯量検出手段（不図示）によって貯湯量を検出可能に構成されている。又、貯湯タンク２１の底部には、貯湯タンク２１から給湯負荷７０に温水が供給された場合に、上水道等の給水源（不図示）から貯湯タンク２１内に給水補充するための給水配管２８が接続されている。
【００２６】
排熱回収冷却液循環配管２２は、発電ユニット１０内の熱交換器１９と排熱回収熱交換器２４間を連絡する往路と復路を構成する循環回路である。排熱回収熱交換器２４は、排熱回収冷却液循環配管２２内を循環する排熱回収冷却液であるジャケット冷却水と温水循環配管２３内を循環する温水の間の熱交換を行う熱交換器であり、１次側に排熱回収冷却液循環配管２２が接続し、２次側に温水循環配管２３が接続する。温水循環配管２３は、貯湯タンク２１の下部から取り出した温水を、排熱回収熱交換器２４で加熱して、貯湯タンク２１の上部に戻して循環させる循環回路である。
【００２７】
以上の構成によって、排熱回収冷却液循環配管２２内のジャケット冷却水を循環ポンプ３３で循環させ、温水循環配管２３内の温水を循環ポンプ３４で循環させることによって、熱交換器１９において発電ユニット１０内の排熱を回収して冷却水を加熱し、更に、排熱回収熱交換器２４において加熱された冷却水の熱を回収して温水循環配管２３を循環する温水を加熱して貯湯タンク２１に供給することができる。つまり、回収された発電ユニット１０の排熱が、貯湯タンク２１に蓄熱されることになる。
【００２８】
更に、排熱利用給湯暖房ユニット２０は、温水循環配管２３の途中にガス等を燃料とする給湯器等の補助熱源３１が介装されており、発電ユニット１０から回収した排熱では熱量が不足する場合に、その不足熱量を補充可能となっている。
【００２９】
給湯出力配管２５は、風呂の浴槽やシャワ、台所や洗面所の給湯栓等の給湯負荷７０に対して給湯出力するための配管で、必要に応じて下流側で上水道からの給水と混合して給湯される。
【００３０】
暖房出力循環配管２６は、温水循環配管２３の下流側の貯湯タンク２１の上部付近の上部分岐点と、温水循環配管２３の上流側の貯湯タンク２１の下部付近の下部分岐点との間を、暖房熱交換器２７を介して接続する配管で、温水循環配管２３と暖房出力循環配管２６により途中に排熱回収熱交換器２４と暖房熱交換器２７の２つの熱交換器を配した循環回路が構成される。暖房熱交換器２７は、暖房出力循環配管２６内を循環する温水と暖房端末循環配管２９内を循環する熱媒体（温水）の間の熱交換を行う熱交換器であり、１次側に暖房出力循環配管２６が接続し、２次側に暖房端末循環配管２９が接続する。暖房端末循環配管２９は、暖房熱交換器２７と、床暖房配管や浴室暖房乾燥機等の暖房端末７１間を連絡する往路と復路を構成する循環回路である。
【００３１】
以上の構成によって、温水循環配管２３と暖房出力循環配管２６内の温水を循環ポンプ３４で循環させ、暖房端末循環配管２９内の熱媒体（温水）を循環ポンプ３５で循環させることで、排熱回収熱交換器２４で加熱された高温水により、暖房熱交換器２７において、暖房端末循環配管２９内を循環する熱媒体を加熱して暖房端末７１に供給することができる。つまり、回収された発電ユニット１０の排熱が、暖房端末７１で消費され、有効利用されることになる。
【００３２】
又、排熱回収冷却液循環配管２２の往路と復路の夫々に三方弁３７、３８を介装し、又、暖房端末循環配管２９の復路の途中に開閉弁３６を介装し、暖房端末分岐配管３０を、三方弁３７と開閉弁３６の上流側の間と、三方弁３８と開閉弁３６の下流側の間に夫々配している。これにより、発電ユニット１０内の熱交換器１９において排熱回収して加熱された冷却水を熱媒体として暖房端末循環配管２９に直接供給可能となるため、温水循環配管２３と暖房出力循環配管２６を経由する場合に比べて高効率で、発電ユニット１０の排熱が回収され暖房端末７１に供給可能となる。
【００３３】
再び図１に戻り、発電ユニット１０は一般家庭用に単相３線式正弦波出力の１００Ｖ／２００Ｖを出力する。又、発電ユニット１０の端子１０ａは、発電ユニット１０の定常運転時には発電電力の出力端子として機能し、同ユニット１０の起動時にはガスエンジン１１の始動用電源の供給を外部から受けるための入力端子として機能する。又、発電ユニット１０の起動時は、発電機１２がガスエンジン１１のスタータモータとして機能し、外部から入力される交流電圧を、電力変換部１３を介して発電機１２に供給し、発電機１２の回転運動によりガスエンジン１１の始動を行うように構成されている。
【００３４】
制御部１８はマイクロコンピュータ等を用いて構成され、発電ユニット１０の定常運転時の出力制御や起動時のガスエンジン１１の始動制御、並びに接続切換部５０の切換制御を行う。又、排熱利用給湯暖房ユニット２０の制御部３２からの制御信号を取得可能に構成されており、かかる信号に基づいてガスエンジン１１及び発電機１２の制御が可能な構成である。制御部１８の詳細な説明は後述する。
【００３５】
発電ユニット１０の発電電力は、商用電源６０（単相３線式１００Ｖ／２００Ｖ）と系統連系して、電力負荷６１、６２に電力供給可能に構成されている。具体的には、商用電源６０と発電ユニット１０は、第１分電盤４０と第２分電盤４１を介して相互に接続する構成である。第１分電盤４０には、商用電源６０の停電時（系統停電時）に使用不可となる電力負荷６１が接続し、第２分電盤４１には、系統停電時においても使用可能となる電力負荷６２が接続する。又、電力負荷６１と排熱利用給湯暖房ユニット２０の制御部３２は、系統停電時には、発電ユニット１０の自立運転によって電力供給される自立運転時電力負荷となる。
【００３６】
第１分電盤４０には、単相３線式電力線（１φ３Ｗ）の両端に主幹ブレーカ４２とブレーカ４３が設けられ、その途中に複数の分岐ブレーカ４４と２つの変流器４５が設けられている。主幹ブレーカ４２側に商用電源６０が接続し、ブレーカ４３側に第２分電盤４１が接続し、各分岐ブレーカ４４に電力負荷６１が接続する。変流器４５は、発電ユニット１０から商用電源６０に向けた逆潮流並びに系統の停電を検出し、検出信号を制御部１８に送信する。更に、変流器４５は、系統が一旦停電した後、再度通電された場合にも、その旨の信号を制御部１８に送信する。即ち、変流器４５は、系統の通電／停電状態を検知する系統通電検知部を兼ねている。以下では、系統の通電／停電状態を検知する機能に着目する場合において、変流器４５を適宜「系統通電検知部４５」と称する。
【００３７】
第２分電盤４１には、２つのスイッチ４７、４８と複数の分岐ブレーカ４６が設けられている。スイッチ４７はオンオフスイッチ（開閉スイッチ）で、１次側が単相３線式電力線（１φ３Ｗ）を介して第１分電盤４０のブレーカ４３に接続し、２次側が単相３線式電力線（１φ３Ｗ）を介して発電ユニット１０の系統正常時に使用する端子１０ａに接続している。スイッチ４８は２入力切替スイッチで、一方の入力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介してスイッチ４７の１次側と接続し、他方の入力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して発電ユニット１０の系統停電時に使用する端子１０ｂに接続し、出力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して各分岐ブレーカ４６と接続する。発電ユニット１０は、系統正常時には、端子１０ａから単相３線式１００Ｖ／２００Ｖを出力し、系統停電時には、端子１０ｂから単相２線式１００Ｖを出力する。
【００３８】
尚、端子１０ａと１０ｂの接続切換を行うためのスイッチ５１及び５２、並びに、前記スイッチ４７及び４８を含めて接続切換部５０と称し、接続切換部５０内の各スイッチが、制御部１８からの制御信号を受けて切換制御される構成である。制御部１８は、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、発電ユニット１０の定常運転時の出力制御や、系統正常時及び系統停電時における接続切換部５０の切換制御、及びガスエンジン１１の始動制御等を行う。
【００３９】
系統正常時には、スイッチ４７はオン状態（閉状態）となり商用電源６０と発電ユニット１０の端子１０ａが接続して系統連系され、スイッチ４８は負荷６２側が商用電源６０側に接続し、スイッチ４７の１次側、つまり、商用電源６０と発電ユニット１０の端子１０ａが分岐ブレーカ４６と接続する。これに対し、系統停電時には、スイッチ４７はオフ状態（開状態）となり商用電源６０と発電ユニット１０の間の接続が遮断され、スイッチ４８は負荷６２側が発電ユニット１０側に接続し、発電ユニット１０の端子１０ｂが分岐ブレーカ４６と接続する。
【００４０】
又、本発明システム１は、系統停電時に発電ユニット１０を強制的に運転させるための操作スイッチ４９を備える。かかる操作スイッチ４９が利用者によって操作されると、強制運転信号が操作スイッチ４９から発電ユニット１０の制御部１８に入力され、制御部１８は、強制運転信号に応じて接続切換部５０の切換制御を行う。
【００４１】
以下、図３及び図４を参照して、制御部１８の制御内容について説明する。制御部１８は、上述のように、接続切換部５０の切換制御を行う。図３は、図１に示す本発明システムを一部簡素化して図示したものである。又、図４は、制御部１８の有する機能の内、接続切換部５０の切り換え制御を作動させるための構成要素を示すブロック図である。
【００４２】
図４に示すように、制御部１８は、状態信号入力受付部９０、記憶部９１、制御内容決定部９２、及び制御信号出力部９３を備える。
【００４３】
状態信号入力受付部９０は、商用電源６０を構成する電力系統（以下では、適宜「系統６０」と記載する）の通電／停電状態を示す状態信号を受け付ける。具体的には、系統通電検知部４５が系統６０の通電状態を検知し、通電状態から停電状態に変化したとき、及び停電状態から通電状態に変化したときに、系統通電検知部４５が当該状態信号を制御部１８に送信し、制御部１８の状態信号入力受付部９０がこの信号を取得する。そして、状態信号入力受付部９０は、取得した状態信号に係る情報を制御内容決定部９２に送信する。
【００４４】
図３（ａ）は、系統連系がされている場合の接続切換部５０の接続状態を示している。図３（ａ）では、負荷６１及び負荷６２（自立負荷）の両方に系統６０から電力供給がされており、更に、発電機１２からの発電電力がスイッチ５１、４７を介して系統６０に対して系統連系されている。
【００４５】
図３（ａ）の状態から、系統６０が停電になった場合について説明する。このとき、系統６０側から系統通電検知部４５に接続されたバスを流れる電流が検知できなくなるため、系統通電検知部４５は、系統６０が通電状態から停電状態に変化したことを認識し、当該変化に係る情報を制御部１８に送信する。そして、制御部１８の状態信号入力受付部９０は、この信号を取得し、取得した状態信号に係る情報を制御内容決定部９２に送信する。
【００４６】
制御内容決定部９２は、状態信号入力受付部９０からの信号を取得すると、系統６０が通電状態から停電状態に変化したときの切換制御に係る情報を記憶部９１から読み出し、制御信号出力部９３から接続切換部５０に対して出力する。
【００４７】
記憶部９１は、状態毎の接続切換部５０への制御内容に関する情報、及び後述する規定時間に関する情報が記録されている。系統６０が通電状態から停電状態に変化したため、制御内容決定部９２は、当該状態における切換制御に関する情報を記憶部９１から読み出す。具体的には、発電機１２と系統６０とを切り離した上で、自立負荷６２に対して発電機１２からの発電電力を供給すべく、スイッチ５１、４７を開放し、スイッチ５２を接続し、スイッチ４８を発電ユニット１０側に切り換える旨の制御内容に関する情報を読み出す。そして、かかる情報を制御信号出力部９３から接続切換部５０に対して出力する。
【００４８】
接続切換部５０は、制御部１８から前記の情報を取得すると、取得した情報に基づいて切換制御を行う。これによって、図３（ｂ）に示す接続状態となる。このとき、負荷６１に対しては電力供給が行われず、負荷６２に対して発電機１２から電力供給が行われる。
【００４９】
その後、系統６０が停電状態から通電状態に変化すると、系統通電検知部４５は、系統６０が通電状態になったことを検知し、その旨の信号を制御部１８に送信する。制御部１８の状態信号入力受付部９０は、この信号を取得し、系統６０が停電状態から通電状態に変化した旨の情報を制御内容決定部９２に送信する。
【００５０】
制御内容決定部９２は、記憶部９１から規定時間に関する情報を読み出すと共に、この規定時間に亘って一時的に待機する。そして、前記規定時間が経過するまで、新たに状態信号入力受付部９０が系統通電検知部４５からの状態変化に関する情報を取得しなかった場合には、系統６０が停電状態から通電状態に復旧したと判断する。そして、制御内容決定部９２は、系統６０が通電状態から停電状態に変化したときの切換制御に係る情報を記憶部９１から読み出し、制御信号出力部９３から接続切換部５０に対して出力する。具体的には、スイッチ４８を系統６０側に切り換え、スイッチ５２を開放することで、自立負荷６２に対する電力供給源を発電機１２から系統６０に切り換える旨の制御内容に関する情報を制御内容決定部９２が記憶部９１から読み出し、当該情報を制御信号出力部９３が接続切換部５０に対して出力する。
【００５１】
接続切換部５０は、制御部１８から前記情報を取得すると、取得した情報に基づいて切換制御を行う。これによって、図３（ｃ）に示す接続状態となる。このとき、負荷６１及び６２の双方に対して、系統６０から電力供給が行われる。尚、負荷６２の電力供給源を系統６０側に切り換えるに際し、発電機１２を停止させる。
【００５２】
一方、規定時間が経過するまでの間に、新たに状態信号入力受付部９０が系統通電検知部４５からの状態変化に関する情報を取得した場合は、制御内容決定部９２は、再度系統通電検知部４５からの状態変化に関する情報を取得するまで待機する。規定時間経過までに、系統通電検知部４５から状態変化に関する情報が送信されたということは、再び系統６０が停電状態にあることを示している。従って、かかる場合には、再度系統６０が通電された後、規定時間以上通電状態が確認されるまで、停電時における接続状態を継続する。
【００５３】
図３（ｃ）の状態になった後、制御部１８は、発電機１２を起動させた後、スイッチ５１、４７を接続する制御信号を接続切換部５０に送信する。これにより、発電機１２の発電電力が系統連系され、図３（ａ）の状態に戻る。
【００５４】
つまり、本発明システム１では、系統６０が停電状態になり、負荷６２に対して発電機１２からの発電電力が供給される状態となった後、系統６０が通電状態であることが確認されても、この系統６０の通電状態が規定時間持続していることが確認されるまでの間、負荷６２に対しては引き続き発電機１２からの電力が供給される。そして、系統６０の通電状態が規定時間持続していることが確認されると、系統６０が完全に復電していると認識され、負荷６２の接続先（電力供給源）を発電機１２側から系統６０側に切り換える制御が行われる。
【００５５】
一般的に、電力需要者の負荷に接続されている系統が通電したことをもって直ちに系統が通常の状態に復電したと捉えることができないという事情がある。これは、停電原因（事故区間）特定のためにバンク毎に一時的な通電を行うため、事故区間が特定されるまでは、一時的な通電をもって当該電力需要者の負荷に接続している系統が完全に復電していると認識することができないためである。
【００５６】
このため、停電状態にあった系統６０の通電を確認した後、直ちに負荷６２に対して系統６０からの電力供給に切り換えた場合、再度系統６０の通電が停止する可能性がある。この場合、負荷６２に対して系統６０からの電力供給が停止し、再び発電機１２からの電力供給を行う必要性が生じる。上述したように、負荷６２に対する接続先を発電機１２から系統６０側に切り換えると、発電機１２を停止させる必要が生じる。このため、一旦系統６０側に切り換えた後、短い時間の間に系統６０の通電が再び停止すると、停止させた発電機１２を直ちに運転させる必要が生じる。
【００５７】
本発明システム１によれば、停電状態にあった系統６０の通電が確認された後、所定の規定時間この通電状態が持続していることが確認された後に、負荷６２を系統６０側に切り換える制御を行うため、完全に復電された系統６０から負荷６２に電力が供給される状態であり、その後短い時間間隔の間に再び系統６０が停電状態になる可能性が極めて低い。これにより、直ちに発電機１２を起動させて自立運転を行うことを余儀なくされるということがない。
【００５８】
ここで、前記所定の規定時間としては、電力会社の約款等において系統連系技術要件として定められている、系統通電後分散型発電を系統連系するまでに待機すべき時間（再連系阻止時間）を採用することができる。この再連系阻止時間とは、技術的安全性の観点から定められたものであり、停電した系統の通電状態が確認された後、再連系阻止時間が経過すれば、当該系統は正常な通電状態に復帰（復電）したことが確認できるため、その後に系統連系を行っても系統側に支障はないことを電力会社側が保証しているとみなすことができる。即ち、系統６０の通電状態が確認された後、再連系阻止時間が経過した後に、負荷６２を系統６０側に切り換えることで、その後に再度直ちに系統６０の通電が停止するという事態が生じる可能性が極めて低く、且つ、系統６０の復電後、できるだけ早期に、負荷６２に対して発電機１２からではなく通常の系統６０からの電力供給が行われる状態に復帰させることができる。
【００５９】
尚、停電状態にあった系統６０の通電が確認された後、この通電状態が規定時間持続するかどうかを判断するために、制御内容決定部９２は時間計測可能なカウンタ機能やタイマ機能を搭載しているものとして良い。
【００６０】
又、上述の実施形態では、制御内容決定部９２が、停電状態にあった系統６０の通電が確認された後、新たに状態信号入力受付部９０が系統通電検知部４５からの状態変化に関する情報を取得しないことをもって、系統６０の通電状態が規定時間持続していることを認識する構成とした。これに替えて、停電状態にあった系統６０の通電が確認された後、規定時間経過後に制御部１８から系統通電検知部４５に対して系統６０の通電状態を確認するための信号を送信し、系統通電検知部４５がその時点の系統６０の通電状態に関する情報を制御部１８に送信するものとしても良い。又、系統通電検知部４５が、系統６０が停電状態から通電状態に変化したことを検知した場合には、規定時間が経過するまで通電状態が維持された場合であっても、規定時間経過後に系統６０が通電状態であることを示す信号を確認のために制御部１８に送信する構成としても良い。
【００６１】
以上説明したように、本発明システムの特徴は、系統６０が停電状態から通電状態に移行した後、通電状態が規定時間継続したことを検知するまで自立負荷６２に対する供給源を系統６０側に切り換えずに、発電機１２からの電力供給を行い、更に通電状態が規定時間継続したことが確認されると、自立負荷６２に対して系統６０側から電力供給を行う点にある。上記実施形態では、熱電併給可能なシステムを例に挙げて説明をしたが、上記特徴を有する構成であれば、発電ユニット１０のみを有し排熱利用給湯暖房ユニット２０を備えない発電システムであっても実現可能であることは言うまでもない。
【００６２】
又、上記実施形態では、ガスエンジン発電システムを例に挙げたが、発電ユニット１０の発電方法についても上記実施形態に限定されるものではない。即ち、マイクロガスタービン発電、燃料電池、太陽光発電等他の発電システムにおいても適用可能である。尚、燃料電池、太陽光発電等、直流電力を発電するシステムの場合は、電力変換部１３において、交流電圧から直流電圧に変換するコンバータ１４は不要であり、発電電圧を直接インバータ１５で交流電圧に変換するものとすれば良い。
【００６３】
又、上述の実施形態では、変流器４５が系統の通電／停電状態を検知する系統通電検知部を兼ねるものとして説明したが、変流器４５とは別に系統通電検知部を備えるものとしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る発電システムの概略構成を示すブロック図
【図２】本発明に係る発電システム排熱回収及び給湯及び暖房負荷に対する熱供給に係るシステム構成例を示すブロック図
【図３】本発明に係る発電システムについて、接続関係を重視して図示した簡略構成図
【図４】本発明に係る発電システムの発電ユニットが備える制御部の構成要素の内、切り換え制御を作動させるための構成要素を示すブロック図
【符号の説明】
【００６５】
１： 本発明に係る発電システム
１０： 発電ユニット
１１： ガスエンジン
１２： 発電機
１３： 電力変換器
１４： コンバータ
１５： インバータ
１８： 制御部
１９： 熱交換器
２０： 排熱利用給湯暖房ユニット
２１： 貯湯タンク
２２： 排熱回収冷却循環配管
２３： 温水循環配管
２４： 排熱回収熱交換器
２５： 給湯出力配管
２６： 暖房出力循環配管
２７： 暖房熱交換器
２８： 給水配管
２９： 暖房端末循環配管
３０： 暖房端末分岐配管
３１： 補助熱源
３２： 制御部
３３、３４、３５： 循環ポンプ
３６： 開閉弁
３７： 三方弁
３８： 三方弁
４０： 第１分電盤
４１： 第２分電盤
４２： 主幹ブレーカ
４３： ブレーカ
４４： ブレーカ
４５： 変流器（系統通電検知部）
４６： 分岐ブレーカ
４７、４８： スイッチ
５０： 接続切換部
５１、５２： スイッチ
６０： 商用電源
６１： 電力負荷
６２： 電力負荷
７０： 給湯負荷
７１： 暖房端末
９０： 状態信号入力受付部
９１： 記憶部
９２： 制御内容決定部
９３： 制御信号出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムに関し、特に、発電機を有すると共に、所定の電力負荷に対して少なくとも商用電源から電力が供給される第１状態と、前記所定の電力負荷に対して前記商用電源からは電力が供給されず前記発電機の発電電力が供給される第２状態とを切換可能に構成された発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ２排出量の削減や省エネルギを志向した分散型エネルギシステムの開発が行われており、実用化も進んできている。今後は、一般家庭、集合住宅、オフィス等においても電力消費エリアで発電を行う分散型発電システムの利用が進むものと考えられる。例えば、熱電併給可能なガスエンジンコジェネレーションシステムは、電力のみならず発電時に生ずる熱エネルギについても同時に有効利用できるため、全体的なエネルギ効率を向上させることができる点において注目を集めており、近年では、発電時に生じる熱を有効活用するための制御方法について、開発が行われているところである（例えば下記特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４００１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のようなガスエンジンコジェネレーションシステムを初めとする分散型発電システムは、発電時に系統連系して負荷に電力を供給することが想定されている一方、系統の停電時には、一部の負荷に対して発電機のみから電力供給が可能となるように構成されている。このように系統に連系されずに発電機が運転されている状態を「自立運転」という。
【０００５】
系統が停電して自立運転状態へ移行した場合、自立運転時においても電力供給が可能な所定の負荷に対してのみ当該発電機から所定の自立定格出力で電力供給が行われる。これは、あらゆる負荷に対して発電機からの電力供給を可能に構成した場合、発電機からの出力のみでは電力を完全に賄うことができない恐れがあることから、自立運転時には、一般的には相対的に重要な負荷に対してのみ電力が供給される構成としていることによる。即ち、自立運転時には、一定の限られた負荷（以下、「自立負荷」という）のみが利用可能となる結果、利用できない負荷が数多く存在するという状況となる。このため、電力需要者にとってみれば、系統の停電が復帰した後、直ちに系統側から電力供給を受けたいという事情がある。
【０００６】
一方、電力会社は、系統が停電したことを検知すると、停電原因を特定すべくバンク毎に一時的に送電して当該バンクが正常か否かの判断を行い、順次送電バンクを切り換えるという停電原因（事故区間）特定のための処理を行う。そして、最終的に停電原因となる事故が生じている区間が特定されると、当該事故区間を含まないバンクに対して通常の電力供給が行われる。系統から通常の電力供給が行われるようになると、自立負荷に対して電力が供給されている状態であった電力需要者が、全ての負荷に対して電力供給がされる状態となる。厳密には、自立運転時に分散型電源からの電力供給を受けていない負荷に対しては系統から電力供給され、自立負荷に対しては分散型電源からの電力供給がされる。その後、分散型電源を停止した後、自立負荷に対して系統からの電力供給を行うことで、全ての負荷に対して系統からの電力供給がされる状態となる。更にその後、分散型電源を再び運転させ、系統側と系統連系を行う。
【０００７】
自立運転時は、自立負荷に対して分散型電源から自立定格出力で電力が供給される。そして、系統が復電した後においても、この自立負荷に対しては、系統側に接続を切り換えるまでは引き続き分散型電源から電力が供給される。自立運転は、あくまで非常時においても重要な負荷に対して必要な電力を供給することを目的とするための運転であるため、その出力も自立定格出力に限定されている。従って、自立運転時には自立負荷の急激な増加には対応できない。更に、系統が復電しているにも拘らず、引き続き分散型電源のみから自立負荷に対して電力供給がされている状態というのは、ガスエンジンコジェネレーションシステムのように燃料ガスを発電時に消費する分散型電源の場合には、無駄にエネルギ源を消費することにもなりかねない。このような観点から、系統が復電すれば、自立負荷に対してもなるべく早期に系統からの電力供給を行う必要性がある。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑み、系統が復電した後、自立運転時においても利用可能な自立負荷に対して、なるべく早期に系統からの電力供給を可能にする発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る発電システムは、外部からエネルギ源の供給を受けて発電する発電機と、所定の電力負荷に対して商用電源から電力が供給される第１状態と、前記所定の電力負荷に対して前記商用電源からは電力が供給されず前記発電機の発電電力が供給される第２状態とを切換可能に構成された接続切換部と、前記接続切換部の切換制御を行う制御部と、を備えてなり、前記制御部が、前記商用電源を構成する電力系統が停電状態から通電状態に移行した後、前記電力系統が前記停電状態から復帰したことの認識が可能な所定の規定時間以上前記通電状態が継続していることを検知すると、前記接続切換部を前記第２状態から前記第１状態に切り換える制御を行うことを第１の特徴とする。
【００１０】
通常、電力需要者の負荷に接続されている系統が通電したことをもって直ちに系統が通常の状態に復電したと捉えることができないという事情がある。これは、停電原因（事故区間）特定のためにバンク毎に一時的な通電を行うため、事故区間が特定されるまでは、一時的な通電をもって当該電力需要者の負荷に接続している系統が完全に復電していると認識することができないためである。このため、系統の通電を確認した後、直ちに前記所定の電力負荷（自立負荷）に対して系統からの電力供給に切り換えた場合、再度系統の通電が停止する可能性がある。この場合、自立負荷に対して系統からの電力供給が停止し、再び発電機からの電力供給を行う必要性が生じる。
【００１１】
系統連系可能な発電機を備えるシステムにおいて、負荷に対して系統からの電力供給がなく発電機からの電力供給がされている状態から、当該負荷に対して系統から電力が供給される状態に切り換える場合、接続切換前又は後において発電機の運転を停止させることとなる。その後、再び自立運転を行うとなれば、再度発電機を起動させた後に当該発電機から前記自立負荷に対して電力供給を行うこととなる。つまり、系統が完全に復電したと判断して、電力供給源を発電機側から系統側に切り換えたにも拘らず、実際には系統が完全に復電したわけではなく、再度直ちに系統の通電状態が停止したことで発電機からの電力供給が必要になるとすれば、停止させた発電機を直ちに再度運転させる必要が生じる。このように発電機の頻繁な停止／運転制御を余儀なくされ、この結果電力源の余力がなくなり、起動が行えなくなるという問題も生じ得る。
【００１２】
本発明に係る発電システムの上記第１の特徴構成によれば、通電状態が規定時間継続していることを検知することで、系統が停電状態から通常の電力供給状態に完全に復帰したことを認識することができる。このため、その後に再度直ちに系統の通電が停止するという事態が生じる可能性が極めて低いため、かかる状態を認識した後に、接続切換部を第１状態に切り換えることで、前記所定の電力負荷（自立負荷）に対しても系統側から電力供給を安定して行うことができる。これにより、自立負荷に対して発電機から電力供給が行われるという状態から、系統復電後、できるだけ早期に、前記自立負荷に対して通常の系統からの電力供給が行われる状態に復帰させることができる。これによって急激な自立負荷の増加にも対応が可能となると共に、更に、発電機が必要以上にエネルギ源を消費するという事態を避けることもできる。
【００１３】
ここで、前記所定の規定時間として、電力会社の約款等において系統連系技術要件として定められている、系統通電後分散型発電を系統連系するまでに待機すべき時間（再連系阻止時間）を採用しても良い。前記再連系阻止時間は、技術的安全性の観点から定められたものであり、停電した系統の通電状態が確認された後、再連系阻止時間が経過すれば、当該系統は正常な通電状態に復帰（復電）したことが確認できるため、その後に系統連系を行っても系統側に支障はないことを電力会社側が保証しているとみなすことができる。即ち、系統の通電状態が確認された後、再連系阻止時間が経過した後に、第１状態に切り換えて自立負荷を系統側に接続することで、その後に再度直ちに系統の通電が停止するという事態が生じる可能性が極めて低く、且つ、系統復電後、できるだけ早期に、前記自立負荷に対して通常の系統からの電力供給が行われる状態に復帰させることができる。
【００１４】
又、本発明に係る発電システムは、上記第１の特徴構成に加えて、前記電力系統が停電状態か通電状態かを判定する系統通電検知部を備え、前記系統通電検知部が、前記電力系統が停電状態から通電状態に変化したとき、及び通電状態から停電状態に変化したときに当該状態変化を示す信号を前記制御部に送信することを第２の特徴とする。
【００１５】
本発明に係る発電システムの上記第２の特徴構成によれば、制御部が自動的に系統の通電／停電状態を認識することができる。このため、制御部は、系統通電検知部から、電力系統が停電状態から通電状態に変化した旨の信号を取得後、前記所定の規定時間が経過するまで再度系統通電検知部からの状態変化信号を取得しないことを条件に、接続切換部を第２状態から第１状態に切り換える制御を行うことで、系統復電後、できるだけ早期に、自立負荷に対して通常の系統からの電力供給が行われる状態に自動復帰させることができる。
【００１６】
又、本発明に係る発電システムは、上記第１又は第２の特徴構成に加えて、前記制御部が、前記接続切換部を前記第２状態から前記第１状態に切り換えた後、前記電力系統から解列されていた前記発電機を当該電力系統に系統連系する制御を行うことを第３の特徴とする。
【００１７】
本発明に係る発電システムの上記第３の特徴構成によれば、通電状態が前記所定の期間以上継続していることを検知した後に、接続切換部を第１状態に切り換えているため、その後であれば、電力系統が停電状態から復帰しているとみなすことができる。このため、接続切換部の接続状態の切り換え後、制御部が発電機を系統連系する制御を行っても、系統側に技術的な悪影響を与えることがない。これにより、停電した系統が復電した後、できるだけ早期に系統連系状態に自動的に復帰させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の構成によれば、系統が復電した後、自立運転時においても利用可能な自立負荷に対して、なるべく早期に系統からの電力供給を可能にする発電システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下において、本発明に係る発電システム（以下、適宜「本発明システム」という）の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明システムの概略構成を示すブロック図である。又、図２は、本発明システム１の排熱回収及び給湯及び暖房負荷に対する熱供給に係るシステム構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本発明システム１は、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット１０と、発電ユニット１０の運転時に発生する排熱を回収して給湯負荷７０と暖房端末７１に供給する排熱利用給湯暖房ユニット２０を備えて構成される。
【００２２】
図１に示すように、発電ユニット１０は、都市ガスを燃料として作動するガスエンジン１１、ガスエンジン１１によって駆動される発電機１２、発電機１２の発電電力を所定の電気方式の出力電圧と周波数の交流電力に変換する電力変換部１３、発電ユニット１０の運転並びに出力制御を行う制御部１８、及び、ガスエンジン１１の排熱との熱交換により冷却水を加熱して排熱利用給湯暖房ユニット２０側に供給する熱交換器１９を備えて構成されている。排熱利用給湯暖房ユニット２０には、熱交換器１９で回収された排熱を利用する排熱利用部２０ａが設けられており、熱交換器１９と排熱利用部２０ａの間に、排熱回収冷却液循環配管２２と、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液を循環させる循環ポンプ（電動冷却液ポンプ）３３が備えられ、熱交換器１９で回収された排熱が排熱利用部２０ａに伝達される構成となっている。
【００２３】
又、電力変換部１３は、発電機１２の出力端の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ１４と、コンバータ１４から出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ１５とを備える。尚、コンバータ１４、インバータ１５は、何れも双方向に電圧変換可能な構成とする。
【００２４】
又、図２に示すように、排熱利用給湯暖房ユニット２０は、貯湯タンク２１、排熱回収冷却液循環配管２２、温水循環配管２３、排熱回収熱交換器２４、給湯出力配管２５、暖房出力循環配管２６、暖房熱交換器２７、給水配管２８、暖房端末循環配管２９、暖房端末分岐配管３０、補助熱源３１、及び制御部３２を備えて構成される。又、各配管には、必要に応じて、循環ポンプ３３〜３５、開閉弁３６、三方弁３７、三方弁３８、逆止弁、圧力調整弁、温度センサ、圧力センサ、流量計等が介装されている。
【００２５】
貯湯タンク２１は、発電ユニット１０の排熱回収により加熱された温水を貯湯することで、回収した排熱を蓄熱可能に構成され、更に、内部に介装された温度センサや水位センサ等の貯湯量検出手段（不図示）によって貯湯量を検出可能に構成されている。又、貯湯タンク２１の底部には、貯湯タンク２１から給湯負荷７０に温水が供給された場合に、上水道等の給水源（不図示）から貯湯タンク２１内に給水補充するための給水配管２８が接続されている。
【００２６】
排熱回収冷却液循環配管２２は、発電ユニット１０内の熱交換器１９と排熱回収熱交換器２４間を連絡する往路と復路を構成する循環回路である。排熱回収熱交換器２４は、排熱回収冷却液循環配管２２内を循環する排熱回収冷却液であるジャケット冷却水と温水循環配管２３内を循環する温水の間の熱交換を行う熱交換器であり、１次側に排熱回収冷却液循環配管２２が接続し、２次側に温水循環配管２３が接続する。温水循環配管２３は、貯湯タンク２１の下部から取り出した温水を、排熱回収熱交換器２４で加熱して、貯湯タンク２１の上部に戻して循環させる循環回路である。
【００２７】
以上の構成によって、排熱回収冷却液循環配管２２内のジャケット冷却水を循環ポンプ３３で循環させ、温水循環配管２３内の温水を循環ポンプ３４で循環させることによって、熱交換器１９において発電ユニット１０内の排熱を回収して冷却水を加熱し、更に、排熱回収熱交換器２４において加熱された冷却水の熱を回収して温水循環配管２３を循環する温水を加熱して貯湯タンク２１に供給することができる。つまり、回収された発電ユニット１０の排熱が、貯湯タンク２１に蓄熱されることになる。
【００２８】
更に、排熱利用給湯暖房ユニット２０は、温水循環配管２３の途中にガス等を燃料とする給湯器等の補助熱源３１が介装されており、発電ユニット１０から回収した排熱では熱量が不足する場合に、その不足熱量を補充可能となっている。
【００２９】
給湯出力配管２５は、風呂の浴槽やシャワ、台所や洗面所の給湯栓等の給湯負荷７０に対して給湯出力するための配管で、必要に応じて下流側で上水道からの給水と混合して給湯される。
【００３０】
暖房出力循環配管２６は、温水循環配管２３の下流側の貯湯タンク２１の上部付近の上部分岐点と、温水循環配管２３の上流側の貯湯タンク２１の下部付近の下部分岐点との間を、暖房熱交換器２７を介して接続する配管で、温水循環配管２３と暖房出力循環配管２６により途中に排熱回収熱交換器２４と暖房熱交換器２７の２つの熱交換器を配した循環回路が構成される。暖房熱交換器２７は、暖房出力循環配管２６内を循環する温水と暖房端末循環配管２９内を循環する熱媒体（温水）の間の熱交換を行う熱交換器であり、１次側に暖房出力循環配管２６が接続し、２次側に暖房端末循環配管２９が接続する。暖房端末循環配管２９は、暖房熱交換器２７と、床暖房配管や浴室暖房乾燥機等の暖房端末７１間を連絡する往路と復路を構成する循環回路である。
【００３１】
以上の構成によって、温水循環配管２３と暖房出力循環配管２６内の温水を循環ポンプ３４で循環させ、暖房端末循環配管２９内の熱媒体（温水）を循環ポンプ３５で循環させることで、排熱回収熱交換器２４で加熱された高温水により、暖房熱交換器２７において、暖房端末循環配管２９内を循環する熱媒体を加熱して暖房端末７１に供給することができる。つまり、回収された発電ユニット１０の排熱が、暖房端末７１で消費され、有効利用されることになる。
【００３２】
又、排熱回収冷却液循環配管２２の往路と復路の夫々に三方弁３７、３８を介装し、又、暖房端末循環配管２９の復路の途中に開閉弁３６を介装し、暖房端末分岐配管３０を、三方弁３７と開閉弁３６の上流側の間と、三方弁３８と開閉弁３６の下流側の間に夫々配している。これにより、発電ユニット１０内の熱交換器１９において排熱回収して加熱された冷却水を熱媒体として暖房端末循環配管２９に直接供給可能となるため、温水循環配管２３と暖房出力循環配管２６を経由する場合に比べて高効率で、発電ユニット１０の排熱が回収され暖房端末７１に供給可能となる。
【００３３】
再び図１に戻り、発電ユニット１０は一般家庭用に単相３線式正弦波出力の１００Ｖ／２００Ｖを出力する。又、発電ユニット１０の端子１０ａは、発電ユニット１０の定常運転時には発電電力の出力端子として機能し、同ユニット１０の起動時にはガスエンジン１１の始動用電源の供給を外部から受けるための入力端子として機能する。又、発電ユニット１０の起動時は、発電機１２がガスエンジン１１のスタータモータとして機能し、外部から入力される交流電圧を、電力変換部１３を介して発電機１２に供給し、発電機１２の回転運動によりガスエンジン１１の始動を行うように構成されている。
【００３４】
制御部１８はマイクロコンピュータ等を用いて構成され、発電ユニット１０の定常運転時の出力制御や起動時のガスエンジン１１の始動制御、並びに接続切換部５０の切換制御を行う。又、排熱利用給湯暖房ユニット２０の制御部３２からの制御信号を取得可能に構成されており、かかる信号に基づいてガスエンジン１１及び発電機１２の制御が可能な構成である。制御部１８の詳細な説明は後述する。
【００３５】
発電ユニット１０の発電電力は、商用電源６０（単相３線式１００Ｖ／２００Ｖ）と系統連系して、電力負荷６１、６２に電力供給可能に構成されている。具体的には、商用電源６０と発電ユニット１０は、第１分電盤４０と第２分電盤４１を介して相互に接続する構成である。第１分電盤４０には、商用電源６０の停電時（系統停電時）に使用不可となる電力負荷６１が接続し、第２分電盤４１には、系統停電時においても使用可能となる電力負荷６２が接続する。又、電力負荷６１と排熱利用給湯暖房ユニット２０の制御部３２は、系統停電時には、発電ユニット１０の自立運転によって電力供給される自立運転時電力負荷となる。
【００３６】
第１分電盤４０には、単相３線式電力線（１φ３Ｗ）の両端に主幹ブレーカ４２とブレーカ４３が設けられ、その途中に複数の分岐ブレーカ４４と２つの変流器４５が設けられている。主幹ブレーカ４２側に商用電源６０が接続し、ブレーカ４３側に第２分電盤４１が接続し、各分岐ブレーカ４４に電力負荷６１が接続する。変流器４５は、発電ユニット１０から商用電源６０に向けた逆潮流並びに系統の停電を検出し、検出信号を制御部１８に送信する。更に、変流器４５は、系統が一旦停電した後、再度通電された場合にも、その旨の信号を制御部１８に送信する。即ち、変流器４５は、系統の通電／停電状態を検知する系統通電検知部を兼ねている。以下では、系統の通電／停電状態を検知する機能に着目する場合において、変流器４５を適宜「系統通電検知部４５」と称する。
【００３７】
第２分電盤４１には、２つのスイッチ４７、４８と複数の分岐ブレーカ４６が設けられている。スイッチ４７はオンオフスイッチ（開閉スイッチ）で、１次側が単相３線式電力線（１φ３Ｗ）を介して第１分電盤４０のブレーカ４３に接続し、２次側が単相３線式電力線（１φ３Ｗ）を介して発電ユニット１０の系統正常時に使用する端子１０ａに接続している。スイッチ４８は２入力切替スイッチで、一方の入力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介してスイッチ４７の１次側と接続し、他方の入力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して発電ユニット１０の系統停電時に使用する端子１０ｂに接続し、出力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して各分岐ブレーカ４６と接続する。発電ユニット１０は、系統正常時には、端子１０ａから単相３線式１００Ｖ／２００Ｖを出力し、系統停電時には、端子１０ｂから単相２線式１００Ｖを出力する。
【００３８】
尚、端子１０ａと１０ｂの接続切換を行うためのスイッチ５１及び５２、並びに、前記スイッチ４７及び４８を含めて接続切換部５０と称し、接続切換部５０内の各スイッチが、制御部１８からの制御信号を受けて切換制御される構成である。制御部１８は、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、発電ユニット１０の定常運転時の出力制御や、系統正常時及び系統停電時における接続切換部５０の切換制御、及びガスエンジン１１の始動制御等を行う。
【００３９】
系統正常時には、スイッチ４７はオン状態（閉状態）となり商用電源６０と発電ユニット１０の端子１０ａが接続して系統連系され、スイッチ４８は負荷６２側が商用電源６０側に接続し、スイッチ４７の１次側、つまり、商用電源６０と発電ユニット１０の端子１０ａが分岐ブレーカ４６と接続する。これに対し、系統停電時には、スイッチ４７はオフ状態（開状態）となり商用電源６０と発電ユニット１０の間の接続が遮断され、スイッチ４８は負荷６２側が発電ユニット１０側に接続し、発電ユニット１０の端子１０ｂが分岐ブレーカ４６と接続する。
【００４０】
又、本発明システム１は、系統停電時に発電ユニット１０を強制的に運転させるための操作スイッチ４９を備える。かかる操作スイッチ４９が利用者によって操作されると、強制運転信号が操作スイッチ４９から発電ユニット１０の制御部１８に入力され、制御部１８は、強制運転信号に応じて接続切換部５０の切換制御を行う。
【００４１】
以下、図３及び図４を参照して、制御部１８の制御内容について説明する。制御部１８は、上述のように、接続切換部５０の切換制御を行う。図３は、図１に示す本発明システムを一部簡素化して図示したものである。又、図４は、制御部１８の有する機能の内、接続切換部５０の切り換え制御を作動させるための構成要素を示すブロック図である。
【００４２】
図４に示すように、制御部１８は、状態信号入力受付部９０、記憶部９１、制御内容決定部９２、及び制御信号出力部９３を備える。
【００４３】
状態信号入力受付部９０は、商用電源６０を構成する電力系統（以下では、適宜「系統６０」と記載する）の通電／停電状態を示す状態信号を受け付ける。具体的には、系統通電検知部４５が系統６０の通電状態を検知し、通電状態から停電状態に変化したとき、及び停電状態から通電状態に変化したときに、系統通電検知部４５が当該状態信号を制御部１８に送信し、制御部１８の状態信号入力受付部９０がこの信号を取得する。そして、状態信号入力受付部９０は、取得した状態信号に係る情報を制御内容決定部９２に送信する。
【００４４】
図３（ａ）は、系統連系がされている場合の接続切換部５０の接続状態を示している。図３（ａ）では、負荷６１及び負荷６２（自立負荷）の両方に系統６０から電力供給がされており、更に、発電機１２からの発電電力がスイッチ５１、４７を介して系統６０に対して系統連系されている。
【００４５】
図３（ａ）の状態から、系統６０が停電になった場合について説明する。このとき、系統６０側から系統通電検知部４５に接続されたバスを流れる電流が検知できなくなるため、系統通電検知部４５は、系統６０が通電状態から停電状態に変化したことを認識し、当該変化に係る情報を制御部１８に送信する。そして、制御部１８の状態信号入力受付部９０は、この信号を取得し、取得した状態信号に係る情報を制御内容決定部９２に送信する。
【００４６】
制御内容決定部９２は、状態信号入力受付部９０からの信号を取得すると、系統６０が通電状態から停電状態に変化したときの切換制御に係る情報を記憶部９１から読み出し、制御信号出力部９３から接続切換部５０に対して出力する。
【００４７】
記憶部９１は、状態毎の接続切換部５０への制御内容に関する情報、及び後述する規定時間に関する情報が記録されている。系統６０が通電状態から停電状態に変化したため、制御内容決定部９２は、当該状態における切換制御に関する情報を記憶部９１から読み出す。具体的には、発電機１２と系統６０とを切り離した上で、自立負荷６２に対して発電機１２からの発電電力を供給すべく、スイッチ５１、４７を開放し、スイッチ５２を接続し、スイッチ４８を発電ユニット１０側に切り換える旨の制御内容に関する情報を読み出す。そして、かかる情報を制御信号出力部９３から接続切換部５０に対して出力する。
【００４８】
接続切換部５０は、制御部１８から前記の情報を取得すると、取得した情報に基づいて切換制御を行う。これによって、図３（ｂ）に示す接続状態となる。このとき、負荷６１に対しては電力供給が行われず、負荷６２に対して発電機１２から電力供給が行われる。
【００４９】
その後、系統６０が停電状態から通電状態に変化すると、系統通電検知部４５は、系統６０が通電状態になったことを検知し、その旨の信号を制御部１８に送信する。制御部１８の状態信号入力受付部９０は、この信号を取得し、系統６０が停電状態から通電状態に変化した旨の情報を制御内容決定部９２に送信する。
【００５０】
制御内容決定部９２は、記憶部９１から規定時間に関する情報を読み出すと共に、この規定時間に亘って一時的に待機する。そして、前記規定時間が経過するまで、新たに状態信号入力受付部９０が系統通電検知部４５からの状態変化に関する情報を取得しなかった場合には、系統６０が停電状態から通電状態に復旧したと判断する。そして、制御内容決定部９２は、系統６０が通電状態から停電状態に変化したときの切換制御に係る情報を記憶部９１から読み出し、制御信号出力部９３から接続切換部５０に対して出力する。具体的には、スイッチ４８を系統６０側に切り換え、スイッチ５２を開放することで、自立負荷６２に対する電力供給源を発電機１２から系統６０に切り換える旨の制御内容に関する情報を制御内容決定部９２が記憶部９１から読み出し、当該情報を制御信号出力部９３が接続切換部５０に対して出力する。
【００５１】
接続切換部５０は、制御部１８から前記情報を取得すると、取得した情報に基づいて切換制御を行う。これによって、図３（ｃ）に示す接続状態となる。このとき、負荷６１及び６２の双方に対して、系統６０から電力供給が行われる。尚、負荷６２の電力供給源を系統６０側に切り換えるに際し、発電機１２を停止させる。
【００５２】
一方、規定時間が経過するまでの間に、新たに状態信号入力受付部９０が系統通電検知部４５からの状態変化に関する情報を取得した場合は、制御内容決定部９２は、再度系統通電検知部４５からの状態変化に関する情報を取得するまで待機する。規定時間経過までに、系統通電検知部４５から状態変化に関する情報が送信されたということは、再び系統６０が停電状態にあることを示している。従って、かかる場合には、再度系統６０が通電された後、規定時間以上通電状態が確認されるまで、停電時における接続状態を継続する。
【００５３】
図３（ｃ）の状態になった後、制御部１８は、発電機１２を起動させた後、スイッチ５１、４７を接続する制御信号を接続切換部５０に送信する。これにより、発電機１２の発電電力が系統連系され、図３（ａ）の状態に戻る。
【００５４】
つまり、本発明システム１では、系統６０が停電状態になり、負荷６２に対して発電機１２からの発電電力が供給される状態となった後、系統６０が通電状態であることが確認されても、この系統６０の通電状態が規定時間持続していることが確認されるまでの間、負荷６２に対しては引き続き発電機１２からの電力が供給される。そして、系統６０の通電状態が規定時間持続していることが確認されると、系統６０が完全に復電していると認識され、負荷６２の接続先（電力供給源）を発電機１２側から系統６０側に切り換える制御が行われる。
【００５５】
一般的に、電力需要者の負荷に接続されている系統が通電したことをもって直ちに系統が通常の状態に復電したと捉えることができないという事情がある。これは、停電原因（事故区間）特定のためにバンク毎に一時的な通電を行うため、事故区間が特定されるまでは、一時的な通電をもって当該電力需要者の負荷に接続している系統が完全に復電していると認識することができないためである。
【００５６】
このため、停電状態にあった系統６０の通電を確認した後、直ちに負荷６２に対して系統６０からの電力供給に切り換えた場合、再度系統６０の通電が停止する可能性がある。この場合、負荷６２に対して系統６０からの電力供給が停止し、再び発電機１２からの電力供給を行う必要性が生じる。上述したように、負荷６２に対する接続先を発電機１２から系統６０側に切り換えると、発電機１２を停止させる必要が生じる。このため、一旦系統６０側に切り換えた後、短い時間の間に系統６０の通電が再び停止すると、停止させた発電機１２を直ちに運転させる必要が生じる。
【００５７】
本発明システム１によれば、停電状態にあった系統６０の通電が確認された後、所定の規定時間この通電状態が持続していることが確認された後に、負荷６２を系統６０側に切り換える制御を行うため、完全に復電された系統６０から負荷６２に電力が供給される状態であり、その後短い時間間隔の間に再び系統６０が停電状態になる可能性が極めて低い。これにより、直ちに発電機１２を起動させて自立運転を行うことを余儀なくされるということがない。
【００５８】
ここで、前記所定の規定時間としては、電力会社の約款等において系統連系技術要件として定められている、系統通電後分散型発電を系統連系するまでに待機すべき時間（再連系阻止時間）を採用することができる。この再連系阻止時間とは、技術的安全性の観点から定められたものであり、停電した系統の通電状態が確認された後、再連系阻止時間が経過すれば、当該系統は正常な通電状態に復帰（復電）したことが確認できるため、その後に系統連系を行っても系統側に支障はないことを電力会社側が保証しているとみなすことができる。即ち、系統６０の通電状態が確認された後、再連系阻止時間が経過した後に、負荷６２を系統６０側に切り換えることで、その後に再度直ちに系統６０の通電が停止するという事態が生じる可能性が極めて低く、且つ、系統６０の復電後、できるだけ早期に、負荷６２に対して発電機１２からではなく通常の系統６０からの電力供給が行われる状態に復帰させることができる。
【００５９】
尚、停電状態にあった系統６０の通電が確認された後、この通電状態が規定時間持続するかどうかを判断するために、制御内容決定部９２は時間計測可能なカウンタ機能やタイマ機能を搭載しているものとして良い。
【００６０】
又、上述の実施形態では、制御内容決定部９２が、停電状態にあった系統６０の通電が確認された後、新たに状態信号入力受付部９０が系統通電検知部４５からの状態変化に関する情報を取得しないことをもって、系統６０の通電状態が規定時間持続していることを認識する構成とした。これに替えて、停電状態にあった系統６０の通電が確認された後、規定時間経過後に制御部１８から系統通電検知部４５に対して系統６０の通電状態を確認するための信号を送信し、系統通電検知部４５がその時点の系統６０の通電状態に関する情報を制御部１８に送信するものとしても良い。又、系統通電検知部４５が、系統６０が停電状態から通電状態に変化したことを検知した場合には、規定時間が経過するまで通電状態が維持された場合であっても、規定時間経過後に系統６０が通電状態であることを示す信号を確認のために制御部１８に送信する構成としても良い。
【００６１】
以上説明したように、本発明システムの特徴は、系統６０が停電状態から通電状態に移行した後、通電状態が規定時間継続したことを検知するまで自立負荷６２に対する供給源を系統６０側に切り換えずに、発電機１２からの電力供給を行い、更に通電状態が規定時間継続したことが確認されると、自立負荷６２に対して系統６０側から電力供給を行う点にある。上記実施形態では、熱電併給可能なシステムを例に挙げて説明をしたが、上記特徴を有する構成であれば、発電ユニット１０のみを有し排熱利用給湯暖房ユニット２０を備えない発電システムであっても実現可能であることは言うまでもない。
【００６２】
又、上記実施形態では、ガスエンジン発電システムを例に挙げたが、発電ユニット１０の発電方法についても上記実施形態に限定されるものではない。即ち、マイクロガスタービン発電、燃料電池、太陽光発電等他の発電システムにおいても適用可能である。尚、燃料電池、太陽光発電等、直流電力を発電するシステムの場合は、電力変換部１３において、交流電圧から直流電圧に変換するコンバータ１４は不要であり、発電電圧を直接インバータ１５で交流電圧に変換するものとすれば良い。
【００６３】
又、上述の実施形態では、変流器４５が系統の通電／停電状態を検知する系統通電検知部を兼ねるものとして説明したが、変流器４５とは別に系統通電検知部を備えるものとしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る発電システムの概略構成を示すブロック図
【図２】本発明に係る発電システム排熱回収及び給湯及び暖房負荷に対する熱供給に係るシステム構成例を示すブロック図
【図３】本発明に係る発電システムについて、接続関係を重視して図示した簡略構成図
【図４】本発明に係る発電システムの発電ユニットが備える制御部の構成要素の内、切り換え制御を作動させるための構成要素を示すブロック図
【符号の説明】
【００６５】
１： 本発明に係る発電システム
１０： 発電ユニット
１１： ガスエンジン
１２： 発電機
１３： 電力変換器
１４： コンバータ
１５： インバータ
１８： 制御部
１９： 熱交換器
２０： 排熱利用給湯暖房ユニット
２１： 貯湯タンク
２２： 排熱回収冷却循環配管
２３： 温水循環配管
２４： 排熱回収熱交換器
２５： 給湯出力配管
２６： 暖房出力循環配管
２７： 暖房熱交換器
２８： 給水配管
２９： 暖房端末循環配管
３０： 暖房端末分岐配管
３１： 補助熱源
３２： 制御部
３３、３４、３５： 循環ポンプ
３６： 開閉弁
３７： 三方弁
３８： 三方弁
４０： 第１分電盤
４１： 第２分電盤
４２： 主幹ブレーカ
４３： ブレーカ
４４： ブレーカ
４５： 変流器（系統通電検知部）
４６： 分岐ブレーカ
４７、４８： スイッチ
５０： 接続切換部
５１、５２： スイッチ
６０： 商用電源
６１： 電力負荷
６２： 電力負荷
７０： 給湯負荷
７１： 暖房端末
９０： 状態信号入力受付部
９１： 記憶部
９２： 制御内容決定部
９３： 制御信号出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からエネルギ源の供給を受けて発電する発電機と、
所定の電力負荷に対して商用電源から電力が供給される第１状態と、前記所定の電力負荷に対して前記商用電源からは電力が供給されず前記発電機の発電電力が供給される第２状態とを切換可能に構成された接続切換部と、
前記接続切換部の切換制御を行う制御部と、を備えてなり、
前記制御部が、
前記商用電源を構成する電力系統が停電状態から通電状態に移行した後、前記電力系統が前記停電状態から復帰したことの認識が可能な所定の規定時間以上前記通電状態が継続していることを検知すると、前記接続切換部を前記第２状態から前記第１状態に切り換える制御を行うことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記電力系統が停電状態か通電状態かを判定する系統通電検知部を備え、
前記系統通電検知部が、前記電力系統が停電状態から通電状態に変化したとき、及び通電状態から停電状態に変化したときに当該状態変化を示す信号を前記制御部に送信することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記制御部が、前記接続切換部を前記第２状態から前記第１状態に切り換えた後、前記電力系統から解列されていた前記発電機を当該電力系統に系統連系する制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電システム。
【請求項１】
外部からエネルギ源の供給を受けて発電する発電機と、
所定の電力負荷に対して商用電源から電力が供給される第１状態と、前記所定の電力負荷に対して前記商用電源からは電力が供給されず前記発電機の発電電力が供給される第２状態とを切換可能に構成された接続切換部と、
前記接続切換部の切換制御を行う制御部と、を備えてなり、
前記制御部が、
前記商用電源を構成する電力系統が停電状態から通電状態に移行した後、前記電力系統が前記停電状態から復帰したことの認識が可能な所定の規定時間以上前記通電状態が継続していることを検知すると、前記接続切換部を前記第２状態から前記第１状態に切り換える制御を行うことを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記電力系統が停電状態か通電状態かを判定する系統通電検知部を備え、
前記系統通電検知部が、前記電力系統が停電状態から通電状態に変化したとき、及び通電状態から停電状態に変化したときに当該状態変化を示す信号を前記制御部に送信することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記制御部が、前記接続切換部を前記第２状態から前記第１状態に切り換えた後、前記電力系統から解列されていた前記発電機を当該電力系統に系統連系する制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２８４５９０（Ｐ２００９−２８４５９０Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３１９０３（Ｐ２００８−１３１９０３）
【出願日】平成２０年５月２０日（２００８．５．２０）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２０日（２００８．５．２０）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]