特許 7239632 系統連系システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-06

(45)【発行日】2023-03-14

(54)【発明の名称】系統連系システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/04 20060101AFI20230307BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20230307BHJP

【ＦＩ】

H02P9/04 A

H02J3/38 160

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021071513

(22)【出願日】2021-04-21

(65)【公開番号】P2022166358

(43)【公開日】2022-11-02

【審査請求日】2021-04-21

(73)【特許権者】

【識別番号】591036457

【氏名又は名称】三菱電機エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100147566

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100161171

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 潤一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100188514

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 隆裕

(72)【発明者】

【氏名】山根 敏則

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１９３５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０５０８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０５６７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２４５８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０９８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２３２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７６１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０８６１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１０６１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２８７６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ９／０４

Ｈ０２Ｐ ９／１４

Ｈ０２Ｊ ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転体の回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、生成された交流電力を直流電力に変換する整流器を内蔵する車載用発電機と、
前記車載用発電機の負荷を調整して前記回転体の回転数を制御し、系統に連系可能な交流電力に変換するパワーコンディショナに対し前記車載用発電機から出力される直流電力に基づいて生成された直流電力を出力する発電制御コントローラと
を備え、
前記発電制御コントローラは、前記車載用発電機から出力される直流電力を用いて所定の電圧に変換する制御電源を有し、前記制御電源から出力される変換後の電力によって駆動する
系統連系システム。

【請求項2】

前記パワーコンディショナは、太陽光発電用の系統連系向け汎用品である
請求項１に記載の系統連系システム。

【請求項3】

前記発電制御コントローラは、前記車載用発電機の励磁をオフすることにより、前記パワーコンディショナの過電圧を防止する
請求項１または２に記載の系統連系システム。

【請求項4】

前記車載用発電機は、前記パワーコンディショナの入力電圧範囲に合うように、複数個カスケード接続することにより構成されている
請求項１から３のいずれか１項に記載の系統連系システム。

【請求項5】

前記複数個カスケード接続された車載用発電機は、直列接続された２台以上であるＮ台の車載用発電機からなる単位ユニットを２個以上であるＭ個カスケード接続されることで構成され、
前記発電制御コントローラは、前記単位ユニットの数に対応してＭ個設けられており、
Ｍ個の前記発電制御コントローラのそれぞれは、対応する単位ユニット内のＮ台の車載用発電機のうちのいずれかが故障した場合には、故障した車載用発電機を特定できる機能を備える
請求項４に記載の系統連系システム。

【請求項6】

Ｍ個の前記発電制御コントローラのそれぞれは、対応する単位ユニット内のＮ台の車載用発電機のうちのいずれかが故障した場合には、前記単位ユニット内のＮ台の車載用発電機の運転を停止させる
請求項５に記載の系統連系システム。

【請求項7】

１台の車載用発電機に対応して１個設けられ、前記車載用発電機の電圧値を検出する電圧検出手段と、
１台の車載用発電機に対応して１個設けられ、前記車載用発電機の電流値を検出する電流検出手段と、
１台の車載用発電機に対応して１個設けられ、前記車載用発電機の回転数を検出する回転数検出手段と
をさらに備え、
前記発電制御コントローラは、前記電圧検出手段、前記電流検出手段、および前記回転数検出手段による検出結果に基づいて検出対象である車載用発電機が故障しているか否かを特定する
請求項１から６のいずれか１項に記載の系統連系システム。

【請求項8】

前記発電制御コントローラは、前記電圧検出手段による検出結果に基づいて、前記パワーコンディショナの入力電圧が規定電圧範囲内に保持されるように、前記検出対象である車載用発電機の励磁ｄｕｔｙを制御する
請求項７に記載の系統連系システム。

【請求項9】

前記パワーコンディショナは、運転開始、運転停止、異常信号を含む通信信号を送信し、
前記発電制御コントローラは、受信した前記通信信号に基づいてあらかじめ決められたフェイルセーフ条件を満たすか否かを判定し、前記フェイルセーフ条件を満たすと判定した場合には、車載用発電機の励磁を一定期間オフして、前記車載用発電機をフリー回転させる
請求項１から８のいずれか１項に記載の系統連系システム。

【請求項10】

前記回転体による発電により得られた電力を利用し、遠隔監視に必要な情報を通信する遠隔通信手段をさらに備える
請求項１から９のいずれか１項に記載の系統連系システム。

【請求項11】

前記発電制御コントローラは、
前記車載用発電機の設置環境における水位を検出するために設置された水位センサを介して前記水位を取得し、
前記車載用発電機の設置環境状態を監視するために設置された監視カメラを介して監視情報を取得し、
前記水位および前記監視情報に基づいて、前記設置環境が非常事態に至ったか否かを判定し、
前記非常事態に至ったと判定した場合には、前記車載用発電機の運転を停止させる
請求項１から１０のいずれか１項に記載の系統連系システム。

【請求項12】

前記発電制御コントローラは、
前記水位センサから取得した前記水位が、あらかじめ設定した水位閾値に到達したか否かを判定し、
前記水位が前記水位閾値に到達したと判定した場合には、前記監視カメラを動作させ、前記監視情報を取得する
請求項１１に記載の系統連系システム。

【請求項13】

前記車載用発電機は、オルタネータである
請求項１から１２のいずれか１項に記載の系統連系システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発電機による発電電力を系統に連系する系統連系システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の系統連系システムの構成は、回転体と、発電機と、パワーコンディショナと、制御コントローラとを備えているものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。ここで、発電機は、回転することにより発電する回転体の回転エネルギーを、電気エネルギーに変換する。

【0003】

パワーコンディショナは、発電機で発電した直流電力を系統に連系可能な交流電力に変換する。制御コントローラは、発電機の負荷を調整して回転体の回転数を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１９３５１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
従来の発電機は、永久磁石を使ったものが一般的である。このような永久磁石式の発電機では、多数の永久磁石を使用している。従って、永久磁石としてネオジム磁石等の強力な磁力のものを使用する場合には、コスト高となる。さらに、磁石同士が強力に引き合うため、製造には注意が必要となる。

【0006】

また、従来のパワーコンディショナは、一般的な太陽光発電用を除くと、専用設計のパワーコンディショナを使う場合が多い。この場合には、専用設計となるため、コスト高となり、さらに、枠の大きさを他の装置に合わせようとした結果、サイズが大型化してしまう。

【0007】

上述したように、従来の系統連系システムの構成では、制御装置内に整流器、消費抵抗装置等が内蔵されている。このため、制御装置のサイズが大きくなり、コスト、質量、消費電力もＵＰすることとなる。

【0008】

本開示は、上記課題を解決するものであり、高品質を確保しながら、コスト削減が図れるとともに、質量および消費電力の削減も図ることができる系統連系システムを得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の系統連系システムは、回転体の回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、生成された交流電力を直流電力に変換する整流器を内蔵する車載用発電機と、車載用発電機の負荷を調整して回転体の回転数を制御し、系統に連系可能な交流電力に変換するパワーコンディショナに対し車載用発電機から出力される直流電力に基づいて生成された直流電力を出力する発電制御コントローラとを備え、発電制御コントローラは、車載用発電機から出力される直流電力を用いて所定の電圧に変換する制御電源を有し、制御電源から出力される変換後の電力によって駆動するものである。

【発明の効果】

【0010】

本開示の系統連系システムによれば、高品質を確保しながら、コスト削減が図れるとともに、質量および消費電力の削減も図ることができる系統連系システムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の実施の形態１に係る系統連系システムの全体構成を示すブロック図である。

【図2】本開示の実施の形態２に係る系統連系システムの全体構成を示すブロック図である。

【図3】本開示の実施の形態２に係る系統連系システムで用いられる発電機コントローラの内部構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示による系統連系システムについて、実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

【0013】

実施の形態１．
図１は、本開示の実施の形態１に係る系統連系システムの全体構成を示すブロック図である。本実施の形態１では、水力発電装置を具体例として挙げる。また、この具体例は、プロペラ型の水力発電装置の例である。

【0014】

図１に示した本実施の形態１に係る系統連系システムでは、水の運動エネルギーによりプロペラである回転体１が回転し、回転軸２を介して車載用界磁巻線型三相同期発電機３を回転させる。

【0015】

車載用界磁巻線型三相同期発電機３は、回転体１の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機であり、制御コントローラ４およびパワーコンディショナ５を介して系統６に接続されている。系統６は、交流商用の電力系統であり、例えば、交流電圧が１００Ｖまたは２００Ｖで、周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの低電圧配線である。

【0016】

ここで、本実施の形態１において、制御コントローラ４は、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の負荷を調整して回転体１の回転数を制御し、車載用界磁巻線型三相同期発電機３による発電電力に基づいて適切な直流電力をパワーコンディショナ５に供給するように制御する発電制御コントローラに相当する。

【0017】

車載用界磁巻線型三相同期発電機３としては、例えば、車載用オルタネータが適用できる。図示を省略しているが、車載用界磁巻線型三相同期発電機３は、ロータコイル部、ステータコイル部、および整流部を備えて構成されている。

【0018】

ロータコイル部は、回転軸２に結合された増速機７を経由して回転するロータ側の励磁用のコイル部である。ステータコイル部は、ロータコイル部と近接して配置され、ロータコイル部の磁界の変化により発電するステータ側の発電用のコイル部である。また、整流部は、ステータコイル部からの交流の発電電力を直流電力に変換する機能を有している。

【0019】

このように、車載用界磁巻線型三相同期発電機３には整流器が内蔵されている。このため、永久磁石式の発電機を用いた従来の系統連系システムに対して、大幅なコスト削減が可能となる。

【0020】

また、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の励磁をオフすることにより、車載用界磁巻線型三相同期発電機３は発電しなくなり、パワーコンディショナ５の過電圧を防止することができる。さらに、車載用界磁巻線型三相同期発電機３は、車載用として大量生産されているため、信頼性が高く、高品質である。

【0021】

回転軸２と車載用界磁巻線型三相同期発電機３との間には、図１に示したように、増速機７が設けられている。増速機７の具体例としては、例えば、遊星ギヤ、ウォームギヤ等が挙げられる。

【0022】

次に、本実施の形態１に係る制御コントローラ４の内部構成について、詳細に説明する。図１に示した制御コントローラ４は、制御電源８、発電制御手段９、励磁制御手段１０、ブレーキ制御手段１１、電磁ブレーキ１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、電流計（電流検出手段）１４、電圧計（電圧検出手段）１５、回転数検出手段１６、および遠隔通信手段２８を備えて構成されている。

【0023】

制御電源８は、制御コントローラ４を動作させる電源である。例えば、車載用界磁巻線型三相同期発電機３として車載用オルタネータを使用する場合には、制御電源８は、車載用オルタネータが発電する直流電力を、ある一定の電圧に変換して供給する。制御電源８は、低消費電力化のため、車載用界磁巻線型三相同期発電機３が回転しているときのみ電源が入り、制御コントローラ４に電源が供給される。

【0024】

なお、制御電源８は、コンデンサ等の蓄電効果により、一定期間は電源電圧が保持される。制御電源８の代わりに、バッテリ、電池等の別電源を使用してもよい。

【0025】

発電制御手段９は、フェイルセーフ制御を含む全体の発電を制御する。発電制御手段９は、例えば、マイクロコンピュータ、メモリ等で構成され、電流計（電流検出手段）１４、電圧計（電圧検出手段）１５、回転数検出手段１６の信号を監視する。

【0026】

そして、発電制御手段９は、監視の結果、過電流、過電圧、過回転等の異常信号を受信した場合には、あらかじめ決められたフェイルセーフ条件に基づいて、フェイルセーフ条件を満たすか否かを判定する。さらに、発電制御手段９は、フェイルセーフ条件を満たすと判定した場合には、励磁制御手段１０、ブレーキ制御手段１１に制御信号を伝達し、そのときの状態に応じて適切な励磁制御、ブレーキ制御を行う。

【0027】

また、発電制御手段９に対しては、制御コントローラ４の外部に接続される太陽光発電用パワーコンディショナ５から、シリアル通信、ＬＡＮ通信等により、運転開始、運転停止、各種異常信号等を含む通信信号が送信される。

【0028】

従って、発電制御手段９は、太陽光発電用パワーコンディショナ５からの通信信号の受信結果により、故障発生時にはフェイルセーフ条件に基づいて判断を行い、励磁制御手段１０、ブレーキ制御手段１１に制御信号を伝達し、そのときの状態に応じて適切な励磁制御、ブレーキ制御を行うことができる。

【0029】

発電制御手段９は、例えば、過電圧時には、パワーコンディショナ５の保護のために、パワーコンディショナ５の入力電圧を規定電圧範囲内に保持するように、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の励磁ｄｕｔｙを制御する。それでも過電圧になる場合には、発電制御手段９は、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の励磁を一定期間オフして車載用界磁巻線型三相同期発電機３をフリー回転させる。

【0030】

その後、発電制御手段９は、再度過電圧にならないようであれば、励磁をオンし、また、再度過電圧になるようであれば、もう一度励磁をオフさせる。さらに、発電制御手段９は、励磁オフにより車載用界磁巻線型三相同期発電機３が過回転になるようであれば、電磁ブレーキ１２をオンさせる。

【0031】

励磁制御手段１０は、制御電源８を電源として、励磁電力を車載用界磁巻線型三相同期発電機３の励磁端子に送り、励磁制御を開始する。ブレーキ制御手段１１は、電磁ブレーキ１２を、例えば、回転数に応じて制御する。

【0032】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、直流入力電圧をパワーコンディショナ５の最低入力電圧まで昇圧させる。電流計（電流検出手段）１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により昇圧され、パワーコンディショナ５に入力される電流値を検出する。

【0033】

電圧計（電圧検出手段）１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３により昇圧され、パワーコンディショナ５に入力される電圧値を検出する。回転数検出手段１６は、車載用界磁巻線型三相同期発電機３のロータから回転数に比例した周波数の矩形波相当の波形が出力されることにより、回転数を検出できる。

【0034】

次に、パワーコンディショナ５および系統６について説明する。パワーコンディショナ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３で昇圧された直流電力の電圧を、系統６の電圧に対応させることで、系統６に連系可能な交流電力に変換する。正確には、パワーコンディショナ５は、系統６の電圧よりも少し高い電圧に対応させる。

【0035】

本実施の形態１におけるパワーコンディショナ５としては、一般的な太陽光発電用の系統連系向け汎用品が適用できる。このようなパワーコンディショナ５の主な内蔵物としては、図示はしないが、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＡＣインバータ、制御手段がある。

【0036】

パワーコンディショナ５に汎用品である太陽光発電用の系統連系向け汎用品を使用することにより、専用設計品に比べて安価で高品質なパワーコンディショナ５を提供することができる。

【0037】

なお、制御コントローラ４には、図１に示したように、遠隔通信手段２８を設けてもよい。遠隔通信手段２８は、例えば、４Ｇ無線通信モジュール等を搭載しており、回転体１による発電により得られた電力を用いて、公共のインターネット等の通信手段を利用して、遠隔監視側に対してリアルタイムで、遠隔監視に必要な情報として、発電状態、回転数、温度等を提供することができる。

【0038】

一方、遠隔監視側は、パソコン等のモニタ手段を置くことにより、遠隔通信手段２８からリアルタイムで提供される情報に基づいて、遠隔監視ができるようになる。

【0039】

また、図１に示したように、制御コントローラ４には、洪水等の非常事態時に備え、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の設置環境における水位を検出する水位センサ３１、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の設置環境状態を監視する監視カメラ３２等を設置してもよい。

【0040】

水位センサ３１、監視カメラ３２等を設置することにより、発電制御手段９は、リアルタイムに監視情報を取得でき、取得した監視情報に基づいて、設置環境が非常事態に至ったか否かを判定することができる。

【0041】

そのとき、発電制御手段９は、消費電力をできる限り抑制するために、水位センサ３１から取得した水位があらかじめ設定した水位閾値に到達するまでは、監視カメラ３２を動作させないようにすることができる。

【0042】

以上のように、実施の形態１によれば、発電機に車載用界磁巻線型三相同期発電機を使用し、回転体の回転数が上昇し、過電圧になろうとする際には車載用界磁巻線型三相同期発電機の励磁をオフすることにより、パワーコンディショナにかかる過電圧を防止する構成を備えている。

【0043】

また、大量生産された車載用界磁巻線型三相同期発電機を発電機として使用する構成を備えている。また、パワーコンディショナとして太陽光発電用の系統連系向け汎用品を使用する構成をさらに採用することもできる。この結果、高品質を確保しながら、コスト削減が図れるとともに、質量および消費電力の削減も図ることができる系統連系システムを得ることができる。

【0044】

実施の形態２．
先の実施の形態１では、車載用界磁巻線型三相同期発電機３内の整流器から出力される電力に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ１３により昇圧して生成された直流電力をパワーコンディショナ５に供給する系統連系システムについて説明した。

【0045】

これに対して、本実施の形態２では、車載用界磁巻線型三相同期発電機３を複数個カスケード接続することにより、出力電力をＵＰし、かつＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）なしでもパワーコンディショナ５の入力電圧に対応する直流電力を生成できるようにした系統連系システムについて説明する。

【0046】

図２は、本開示の実施の形態２に係る系統連系システムの全体構成を示すブロック図である。本実施の形態２では、先の実施の形態１と同様に、プロペラ型の水力発電装置を具体例として、説明する。

【0047】

図２に示した本実施の形態２に係る系統連系システムでは、水の運動エネルギーにより複数個のプロペラである回転体１が回転し、複数個の回転軸２のそれぞれを介して複数個の車載用界磁巻線型三相同期発電機３のそれぞれを回転させる。

【0048】

複数個の車載用界磁巻線型三相同期発電機３は、複数個の発電機コントローラ１７を介して制御コントローラ４に接続されるとともに、パワーコンディショナ５を介して系統６に接続される。系統６は、交流商用の電力系統であり、例えば、交流電圧が１００Ｖまたは２００Ｖで、周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの低電圧配線である。

【0049】

図２の構成をより具体的に説明すると、複数個の車載用界磁巻線型三相同期発電機３は、直列接続されたＮ台の車載用界磁巻線型三相同期発電機３からなる単位ユニットをＭ個カスケード接続されることで構成されている。そして、発電機コントローラ１７は、単位ユニットの数に対応してＭ個設けられている。ここで、Ｍ、Ｎは、２以上の整数である。

【0050】

図２の例では、Ｍ＝３とした場合を例示している。そして、それぞれの単位ユニットは、対応する１台の発電機コントローラ１７によって制御され、それぞれの発電機コントローラ１７は、制御コントローラ４と相互通信可能な構成となっている。

【0051】

ここで、本実施の形態２において、１台の制御コントローラ４およびＭ台の発電機コントローラ１７は、カスケード接続されたそれぞれの車載用界磁巻線型三相同期発電機３の負荷を調整して回転体１の回転数を制御し、それぞれの車載用界磁巻線型三相同期発電機３による発電電力に基づいて適切な直流電力をパワーコンディショナ５に供給するように制御する発電制御コントローラに相当する。

【0052】

複数個の車載用界磁巻線型三相同期発電機３としては、先の実施の形態１と同様に、例えば、車載用オルタネータが適用できる。車載用オルタネータの詳細構成は、先の実施の形態１で説明済みであり、ここでは省略する。

【0053】

車載用界磁巻線型三相同期発電機３には整流器が内蔵されている。このため、永久磁石式の発電機を用いた従来の系統連系システムに対して、大幅なコスト削減が可能となる。また、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の励磁をオフすることにより、車載用界磁巻線型三相同期発電機３は発電しなくなり、パワーコンディショナ５の過電圧を防止することができる。さらに、車載用界磁巻線型三相同期発電機３は、車載用として大量生産されているため、信頼性が高く、高品質である。

【0054】

回転軸２と車載用界磁巻線型三相同期発電機３との間のそれぞれには、図２に示したように、増速機７が設けられている。増速機７の具体例としては、例えば、遊星ギヤ、ウォームギヤ等が挙げられる。

【0055】

次に、発電機コントローラ１７の内部構成について、詳細に説明する。図３は、本開示の実施の形態２に係る系統連系システムで用いられる発電機コントローラ１７の内部構成を示すブロック図である。

【0056】

図３に示した発電機コントローラ１７は、制御電源１８、発電制御手段１９、励磁制御手段２０、ブレーキ制御手段２１、電磁ブレーキ２２、電流計２３、電圧計２４、回転数検出手段２５、およびシリアル通信手段２６を備えて構成されている。

【0057】

制御電源１８は、発電機コントローラ１７を動作させる電源である。例えば、車載用界磁巻線型三相同期発電機３として車載用オルタネータを使用する場合には、制御電源１８は、車載用オルタネータが発電する直流電力を、ある一定の電圧に変換して供給する。制御電源１８は、低消費電力化のため、車載用界磁巻線型三相同期発電機３が回転しているときのみ電源が入り、発電機コントローラ１７に電源が供給される。

【0058】

なお、制御電源１８は、コンデンサ等の蓄電効果により、一定期間は電源電圧が保持される。制御電源１８の代わりに、バッテリ、電池等の別電源を使用してもよい。

【0059】

発電制御手段１９は、フェイルセーフ制御を含む全体の発電を制御する。発電制御手段９は、例えば、マイクロコンピュータ、メモリ等で構成され、電流計２３、電圧計２４、回転数検出手段２５の信号を監視する。

【0060】

そして、発電制御手段１９は、監視の結果、過電流、過電圧、過回転等の異常信号を受信した場合には、フェイルセーフ条件に基づいて、励磁制御手段２０、ブレーキ制御手段２１に制御信号を伝達し、そのときの状態に応じて適切な励磁制御、ブレーキ制御を行う。

【0061】

励磁制御手段２０は、制御電源１８を電源として、励磁電力を車載用界磁巻線型三相同期発電機３の励磁端子に送り、励磁制御を開始する。ブレーキ制御手段２１は、電磁ブレーキ２２を、例えば、回転数に応じて制御する。

【0062】

電流計２３は、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の電流値を検出し、電圧計２４は、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の電圧値を検出する。回転数検出手段２５は、車載用界磁巻線型三相同期発電機３のロータから回転数に比例した周波数の矩形波相当の波形が出力されることにより、回転数を検出できる。

【0063】

シリアル通信手段２６は、発電機コントローラ１７と制御コントローラ４との間の通信を行う。

【0064】

次に、図２に戻り、パワーコンディショナ５および系統６について説明する。本実施の形態２におけるパワーコンディショナ５としては、一般的な太陽光発電用の系統連系向け汎用品が適用できる。このようなパワーコンディショナ５の主な内蔵物としては、図示はしないが、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＡＣインバータ、制御手段がある。

【0065】

パワーコンディショナ５に汎用品である太陽光発電用の系統連系向け汎用品を使用することにより、専用設計品に比べて安価で高品質なパワーコンディショナ５を提供することができる。

【0066】

また、発電機コントローラ１７内の発電制御手段１９は、故障の検出対象である複数個カスケード接続された車載用界磁巻線型三相同期発電機３のうちの一個が故障したことを検出した場合には、検出結果に基づいて故障した車載用界磁巻線型三相同期発電機３を特定できる機能を有している。

【0067】

例えば、発電制御手段１９は、一例としてマイクロコンピュータにて構成され、電流計２３、電圧計２４、回転数検出手段２５の信号を監視する。そして、発電制御手段１９は、監視結果に基づいて、励磁オンかつ車載用界磁巻線型三相同期発電機３が回転しているにもかかわらず発電していないもの（他は発電している）を特定することができる。

【0068】

また、発電機コントローラ１７内の発電制御手段１９は、故障の検出対象である複数個カスケード接続された車載用界磁巻線型三相同期発電機３のうち、故障した車載用界磁巻線型三相同期発電機３があることを検出した場合には、検出結果に基づいて故障した車載用界磁巻線型三相同期発電機３を含む直列接続部の基本ユニットだけの運転を停止し、メンテナンスができる機能を有している。このような機能を有することにより、発電停止部を最小限に抑えることができる。

【0069】

また、図３に示したように、カスケード接続部には、洪水等の非常事態時に備え、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の設置環境における水位を検出する水位センサ３１、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の設置環境状態を監視する監視カメラ３２等を設置してもよい。

【0070】

水位センサ３１、監視カメラ３２等を設置することにより、発電制御手段１９は、リアルタイムに監視情報を取得でき、取得した監視情報に基づいて、設置環境が非常事態に至ったか否かを判定することができる。

【0071】

そのとき、発電制御手段１９は、消費電力をできる限り抑制するために、水位センサ３１から取得した水位があらかじめ設定した水位閾値に到達するまでは、監視カメラ３２を動作させないようにすることができる。

【0072】

次に、本実施の形態２に係る制御コントローラ４の内部構成について、詳細に説明する。図２に示した制御コントローラ４は、制御電源８、電圧計（電圧検出手段）１５、統括制御手段２７、遠隔通信手段２８、複数個のヒューズ２９、および複数個のダイオード３０を備えて構成されている。

【0073】

制御電源８は、制御コントローラ４を動作させる電源である。

【0074】

統括制御手段２７は、例えば、マイクロコンピュータ、メモリ等で構成される。統括制御手段２７は、制御の一例を挙げると、電圧計（電圧検出手段）１５で測定された実発電電圧と、シリアル通信を介して太陽光発電用パワーコンディショナ５から取得した電圧値とで差がある場合には、フィードバック制御を行い、差を一定値以下にするように実発電電圧を調整する。

【0075】

また、統括制御手段２７は、電圧計（電圧検出手段）１５の信号を監視しておき、過電圧等の異常信号が出た際には、発電機コントローラ１７内のシリアル通信手段２６との間で通信を行う。

【0076】

この結果、発電機コントローラ１７内の発電制御手段１９は、通信により得た情報から、フェイルセーフ条件に基づいて判断を行い、励磁制御手段２０、ブレーキ制御手段２１に制御信号を伝達し、そのときの状態に応じて適切な励磁制御、ブレーキ制御を行う。

【0077】

また、統括制御手段２７に対しては、制御コントローラ４の外部に接続される太陽光発電用パワーコンディショナ５から、シリアル通信、ＬＡＮ通信等により、運転開始、運転停止、各種異常信号等を含む通信信号が送信される。

【0078】

従って、統括制御手段２７は、故障発生時には、発電機コントローラ１７内のシリアル通信手段２６との間で通信を行うことにより、太陽光発電用パワーコンディショナ５からの入力結果を発電機コントローラ１７内の発電制御手段１９に伝達することができる。

【0079】

この結果、発電制御手段１９は、故障発生時にはフェイルセーフ条件に基づいて判断を行い、励磁制御手段２０、ブレーキ制御手段２１に制御信号を伝達し、そのときの状態に応じて適切な励磁制御、ブレーキ制御を行うことができる。

【0080】

発電制御手段１９は、例えば、過電圧時には、パワーコンディショナ５の保護のために、パワーコンディショナ５の入力電圧を規定電圧範囲内に保持するように、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の励磁ｄｕｔｙを制御する。それでも過電圧になる場合には、発電制御手段１９は、車載用界磁巻線型三相同期発電機３の励磁を一定期間オフして車載用界磁巻線型三相同期発電機３をフリー回転させる。

【0081】

その後、発電制御手段１９は、再度過電圧にならないようであれば、励磁をオンし、また、再度過電圧になるようであれば、もう一度励磁をオフさせる。さらに、発電制御手段１９は、励磁オフにより車載用界磁巻線型三相同期発電機３が過回転になるようであれば、電磁ブレーキ２２をオンさせる。

【0082】

なお、制御コントローラ４には、図２に示したように、遠隔通信手段２８を設けてもよい。遠隔通信手段２８は、例えば、４Ｇ無線通信モジュール等を搭載しており、回転体１による発電により得られた電力を用いて、公共のインターネット等の通信手段を利用して、遠隔監視側に対してリアルタイムで、遠隔監視に必要な情報として、発電状態、回転数、温度等を提供することができる。

【0083】

一方、遠隔監視側は、パソコン等のモニタ手段を置くことにより、遠隔通信手段２８からリアルタイムで提供される情報に基づいて、遠隔監視ができるようになる。

【0084】

複数個のヒューズ２９は、過電流時の保護用としてコスト削減のために設けられている。ただし、ヒューズ２９の代わりにシャント抵抗等の電流計（電流検出手段）を入れて統括制御手段２７にて電流値を監視し、過電流時に電流遮断できるリレー等を設けてもよい。また、複数個のダイオード３０は、逆流を防止するために設けられている。

【0085】

以上のように、実施の形態２によれば、発電機として車載用界磁巻線型三相同期発電機を使用し、かつ、車載用界磁巻線型三相同期発電機３を複数個カスケード接続する構成を備えている。ここで、発電機として使用される車載用界磁巻線型三相同期発電機は、パワーコンディショナの入力電圧範囲に合うように、複数個カスケード接続させることができる。

【0086】

この結果、先の実施の形態1と同様に、高品質を確保しながら、コスト削減が図れるとともに、質量および消費電力の削減も図ることができる系統連系システムを得ることができる。

【0087】

さらに、実施の形態２によれば、車載用界磁巻線型三相同期発電機を複数個カスケード接続する構成を採用している。この結果、先の実施の形態１の効果に加え、出力電力をＵＰし、かつＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）なしでもパワーコンディショナ５の入力電圧に対応させられるようにした系統連系システムを得ることができるというさらなる効果を実現できる。

【0088】

以上、本開示の実施の形態１、２について説明したが、本開示は、上記実施の形態１、２に限定されるべきものではなく、当該開示の技術的思想に基づいて適宜変更が可能である。例えば、上記実施の形態１、２においては、再生可能エネルギーを利用した発電装置として水力発電装置の例を示したが、例えば、地熱発電装置、その他の発電装置等を用いてもよい。

【符号の説明】

【0089】

１ 回転体、２ 回転軸、３ 発電機、４ 制御コントローラ、５ パワーコンディショナ、６ 系統、７ 増速機、８ 制御電源、９ 発電制御手段、１０ 励磁制御手段、１１ ブレーキ制御手段、１２ 電磁ブレーキ、１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４ 電流計（電流検出手段）、１５ 電圧計（電圧検出手段）、１６ 回転数検出手段、１７ 発電機コントローラ、１８ 制御電源（発電機コントローラ内）、１９ 発電制御手段（発電機コントローラ内）、２０ 励磁制御手段（発電機コントローラ内）、２１ ブレーキ制御手段（発電機コントローラ内）、２２ 電磁ブレーキ（発電機コントローラ内）、２３ 電流計（発電機コントローラ内）、２４ 電圧計（発電機コントローラ内）、２５ 回転数検出手段（発電機コントローラ内）、２６ シリアル通信手段、２７ 統括制御手段、２８ 遠隔通信手段、２９ ヒューズ、３０ ダイオード、３１ 水位センサ、３２ 監視カメラ。

【図1】

【図2】

【図3】