JP6536056B2 - 分散型電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、分散型電源装置に関する。

発電装置を備える分散型電源装置は、商用電源に系統連系され、商用電源とともに例えば家庭内の電力負荷に電力を供給する。こうした系統連系によって、商用電源の電力の代わりに分散型電源装置の電力を使用することができ、その結果、商用電源の電力使用量を削減することができる。

分散型電源装置の発電装置が直流を発電する場合、分散型電源装置には、昇圧コンバータとインバータとを有する系統連系装置（パワーコンディショナ）が備えられる。この場合、発電装置が発電した直流が、昇圧コンバータにより昇圧され、昇圧コンバータにより昇圧された直流が、インバータにより商用電源の交流と同期した交流に変換される。そして、インバータの出力側にて生じた電力が商用電源に供給（接続）される。

また、近年、商用電源の停電時に、バックアップ電源として分散型電源装置を利用可能にすべく、商用電源とは独立して電力を供給することができる自立電源供給装置を備える分散型電源装置も提案されている。例えば、特許文献１には、自立電源供給装置を備える分散型電源装置としてのコージェネレーションシステムが開示される。このコージェネレーションシステムに備えられる自立電源供給装置は、自立用接続路と、自立専用コンセントを有する。自立用接続路は、系統連系装置に備えられるインバータの出力側と商用電源とを接続する連系用接続路の途中にその一端が連結される。自立専用コンセントは、自立用接続路の他端に連結される。非停電時にはインバータの出力側が連系用接続路を介して商用電源と接続される。一方、停電時にはインバータの出力側が自立電源供給装置に接続される。よって、停電時に自立電源供給装置の自立専用コンセントから電力負荷に電力を供給することができる。

特開２０１３−２４３８７２号公報

分散型電源装置の給電方式が単相３線式である場合、通常、ＡＣ２００Ｖの交流が供給される。そのため、系統連系装置のインバータの出力側の電圧も、ＡＣ２００Ｖに調整される。また、分散型電源装置が自立電源供給装置を有する場合において、商用電源の停電時には、例えば冷蔵庫のような家庭内の重要な電力負荷が、自立電源供給装置に接続される可能性が高い。家庭内の重要な電力負荷の駆動電圧は、ＡＣ１００Ｖである場合が多い。そのため、自立電源供給装置から出力される交流の電圧は、ＡＣ１００Ｖであることが望ましい。

つまり、自立電源供給装置を有する分散型電源装置は、非停電時にＡＣ２００Ｖの交流が出力され、停電時にＡＣ１００Ｖの交流が出力されるように、構成されるのがよい。しかし、このように構成するためには、自立電源供給装置から出力される交流の電圧が、商用電源に接続される側から出力される交流の電圧よりも小さくなるように、分散型電源装置を設計しなければならない。

自立電源供給装置の出力電圧を商用電源に接続される側の出力電圧よりも小さくするためには、系統連系装置に備えられるインバータの出力電圧を、停電時と非停電時とのそれぞれの場合において、別々に調整すればよい。しかし、この場合、停電時には、インバータの出力電圧の低下とともに出力自体も低下するという問題が発生する。例えば、非停電時に商用電源に接続される側にて得られる交流の出力の上限（連系出力）が７００Ｗ（ＡＣ２００Ｖ、３．５Ａ）である場合、停電時に自立電源供給装置にて得られる交流の出力の上限（自立出力）は、インバータによる電圧調整によって３５０Ｗ（ＡＣ１００Ｖ、３．５Ａ）にされる。つまり、停電時には、非停電時の半分の電力しか得ることができない。

これを解決するため、自立電源供給装置内にトランス（変圧器）を設け、インバータの出力電圧をトランスで降圧させるという手段が採用され得る。これによれば、理論上は、停電時であっても、電力（出力）を維持したまま、自立電源供給装置にてＡＣ１００Ｖの交流を得ることができる。しかしながら、トランスを設けた場合、トランスの変換効率が１００％ではないことから、出力が低下するという問題が発生する。そのため、トランスを設けた場合であっても、停電時に得られる出力（自立出力）は、非停電時に得られる出力（連系出力）より小さい。非停電時に得られる出力が停電時には得られない場合、非停電時に使用していた電力負荷が停電時に使用できないことが起こり得る。こうした不具合の発生が、分散型電源装置の商品性の低下をもたらす。

本発明は、自立出力が連系出力と同じ程度であり、それ故に商品性の高い分散型電源装置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）
本発明は、直流を発電する発電装置（２）と、発電装置により発電された直流の電圧を昇圧する昇圧コンバータ（６）と、昇圧コンバータにより昇圧された直流を、商用電源（Ｃ）から出力される交流と同期した交流に変換するインバータ（７）と、インバータの出力側を商用電源に接続する連系用接続路（１１）と、連系用接続路に介装され連系用接続路を遮断又は接続する連系用切換装置（８）と、を有する系統連系装置（３）と、連系用接続路のうちインバータと連系用切換装置との間の部分にその一次側が接続され、インバータの出力電圧を降圧して、その二次側に、降圧した交流を出力するトランス（１２）と、トランスの二次側に接続された自立用接続路（１５）と、自立用接続路に接続された自立用電源供給部（１４）と、自立用接続路を遮断又は接続する自立用切換装置（１３）と、を有する自立電源供給装置（４）と、商用電源の非停電時に連系用接続路が接続されるとともに自立用接続路が遮断され、商用電源の停電時に連系用接続路が遮断されるとともに自立用接続路が接続されるように、連系用切換装置及び自立用切換装置を制御する切換制御部（１６）と、非停電時に、発電装置の出力電流の上限が第一上限電流値に制限されるように昇圧コンバータを制御し、停電時に、発電装置の出力電流の上限が第一上限電流値よりも高い第二上限電流値に制限されるように昇圧コンバータを制御する昇圧コンバータ制御部（１７）と、非停電時に、インバータの出力の上限が第一上限出力値に制限されるようにインバータを制御し、停電時に、インバータの出力の上限が第一上限出力値よりも高い第二上限出力値に制限されるようにインバータを制御するインバータ制御部（１８）と、トランスの二次側の電圧値を検出する電圧センサと、を備え、インバータ制御部は、停電時に、電圧センサにより検出される電圧値に基づいて、インバータの出力を補正する補正部（１８ａ）を有する、分散型電源装置を提供する。この場合、補正部は、停電時に、トランスの二次側の電圧値が予め定められた電圧値（例えばＡＣ１００Ｖ）に一致するように、インバータの出力を補正するのがよい。

本発明によれば、停電時におけるインバータの出力の上限（第二上限出力値）が、非停電時におけるインバータの出力の上限（第一上限出力値）よりも高い値に設定される。つまり、停電時におけるインバータの出力の上限が、非停電時におけるインバータの出力の上限よりも高められるようにインバータが制御される。従って、停電時にトランスによってインバータの出力電圧が降圧された場合であっても、インバータの出力の上限が高められた分だけ、トランスの変換効率に起因する自立出力の低下分が補われる。このため、自立出力を連系出力と同じ程度にすることができ、それにより、商品性の高い分散型電源装置を提供することができる。また、補正部によってインバータの出力が補正されることにより、トランスの二次側の電圧、すなわち、停電時における自立電源供給装置の出力電圧を、精度よく、目標とする電圧、例えばＡＣ１００Ｖにすることができる。

また、本発明によれば、停電時における発電装置の出力電流の上限（第二上限電流値）が、非停電時における発電装置の出力電流の上限（第一上限電流値）よりも高い値に設定される。つまり、停電時における発電装置の出力電流の上限が、非停電時における発電装置の出力電流の上限よりも高められるように昇圧コンバータが制御される。従って、停電時にはより多くの電流を昇圧コンバータに流すことができ、これにより、停電時におけるインバータの出力を、非停電時におけるインバータの出力よりも大きくすることができる。その結果、自立出力を連系出力と同じ程度にすることができる。

また、第二上限出力値は、トランスの変換効率に基づいて定められているのがよい。これによれば、第二上限出力値をトランスの変換効率に基づいて定めることにより、トランスの変換効率が１００％ではないことに起因する自立出力の低下分を補うことができる。この場合、第二上限出力値は、トランスの二次側出力の上限が第一上限出力値になるように、トランスの変換効率及び第一上限出力値に基づいて定められるとよい。

また、第二上限電流値は、第二上限出力値に基づいて定められているのがよい。具体的には、第二上限電流値は、停電時にインバータの出力の上限が第二上限出力値に達するように、定められているのがよい。これによれば、停電時にインバータの出力側にて第二上限出力値相当の出力を得ることができる。

また、発電装置が燃料電池発電装置であってもよい。発電装置が燃料電池発電装置である場合、その劣化を防止するために、一般的に、出力電流の上限値が設定される。本発明では、非停電時に発電装置の出力電流の上限値を第一上限電流値に設定し、停電時に発電装置の出力電流の上限値を第二上限電流値に設定することで、燃料電池発電装置の劣化が防止される。

また、インバータの出力電圧がＡＣ２００Ｖであり、トランスの二次側電圧がＡＣ１００Ｖであるとよい。これによれば、停電時に自立電源供給装置から、ＡＣ１００Ｖの電力を取り出すことができる。

本実施形態に係る分散型電源装置のブロック図である。 切換制御部が実行する切換制御処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。 昇圧コンバータ制御部が実行するコンバータ制御処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。 インバータ制御部が実行するインバータ制御処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。 自立出力補正部が実行する自立出力補正処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態につき説明する。図１は、本実施形態に係る分散型電源装置のブロック図である。図１に示すように、分散型電源装置１は、燃料電池発電装置２と、系統連系装置３と、自立電源供給装置４と、制御装置５とを備える。

燃料電池発電装置２は、図示しないが商用電源Ｃに接続されており、商用電源Ｃから供給される電力により駆動される。なお、燃料電池発電装置２の駆動中に商用電源Ｃが停電したときは、燃料電池発電装置２は、自己が発電した電力、或いは、分散型電源装置１に備えられる内部バッテリからの電力により、駆動される。

燃料電池発電装置２として、本実施形態では固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が用いられる。ＳＯＦＣは、周知のように固体酸化物を電解質として用いる燃料電池であり、燃料ガスと空気との反応によって電気を生成することによって、直流を発電する。ＳＯＦＣの運転温度は非常に高く、約５００℃〜７００℃である。非常に高温で運転されるが故に、その熱を利用した熱供給装置をこの分散型電源装置１に取り付けて、電気とともに熱を供給する熱電併給装置（コージェネレーション装置）を構成することもできる。

系統連系装置３は、分散型電源装置１を商用電源Ｃに系統連系させるために用いられる。この系統連系装置３は、昇圧コンバータ６と、インバータ７と、連系用切換装置８と、これらの構成を接続する各接続路（第一接続路９、第二接続路１０、第三接続路１１）とを備える。

昇圧コンバータ６は、第一接続路９を介して燃料電池発電装置２に接続されている。燃料電池発電装置２にて発電された直流は、第一接続路９を経由して昇圧コンバータ６に入力される。昇圧コンバータ６は、燃料電池発電装置２により発電された直流の電圧を昇圧する。例えば、燃料電池発電装置２にて発電された７０Ｖの直流が、４００Ｖに昇圧される。

インバータ７は、第二接続路１０を介して昇圧コンバータ６に接続されている。昇圧コンバータ６にて昇圧された直流は、第二接続路１０を経由してインバータ７に入力される。インバータ７は、入力された直流（昇圧コンバータ６にて昇圧された直流）を、商用電源Ｃから出力される交流と同期した交流、すなわち、商用電源Ｃから出力される交流と同じ周波数の交流に変換する。また、本実施形態において、インバータ７からは、ＡＣ２００Ｖの交流が出力される。なお、第二接続路１０には、平滑コンデンサ２５が設けられている。

また、インバータ７の出力側は、第三接続路１１（連系用接続路）により商用電源Ｃに接続される。第三接続路１１には、インバータ７により変換された交流が流れる。この第三接続路１１の途中に、連系用切換装置８が介装される。連系用切換装置８は、第三接続路１１を遮断又は接続する。

自立電源供給装置４は、商用電源Ｃの停電時に、電力負荷に電力を供給することができるように構成される。自立電源供給装置４は、オートトランス１２と、自立用切換装置１３と、自立用電源供給部１４と、オートトランス１２と自立用電源供給部１４とを接続する自立用接続路１５とを備える。

オートトランス１２（単巻変圧器）は、周知のように、巻線の一部が一次側と二次側とで共用された変圧器である。オートトランス１２の一次側が、分岐路２４を介して、第三接続路１１のうちインバータ７と連系用切換装置８との間の部分に接続される。また、オートトランス１２の二次側が、自立用接続路１５を介して自立用電源供給部１４に接続される。自立用電源供給部１４は、例えばこの分散型電源装置１の筐体に取り付けられたコンセントプラグにより構成される。オートトランス１２は、その一次側に印加された交流の電圧を降圧し、降圧した交流を二次側に出力する。本実施形態においてはオートトランス１２の二次側には、一次側に印加された電圧の半分の大きさの電圧が印加される。よって、オートトランス１２の二次側からは、インバータ７の出力電圧（ＡＣ２００Ｖ）の半分の大きさの電圧（ＡＣ１００Ｖ）の交流が、出力される。

自立用切換装置１３は、自立用接続路１５に介装される。自立用切換装置１３は、自立用接続路１５を遮断又は接続する。

制御装置５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えるマイクロコンピュータにより構成される。制御装置５は、商用電源Ｃに接続されており、商用電源Ｃから供給される電力に基づいて駆動される。なお、制御装置５の駆動中に商用電源Ｃが停電したときは、制御装置５は、燃料電池発電装置２により発電された電力、或いは、分散型電源装置１に備えられる内部バッテリからの電力により、駆動される。

図１に示すように、制御装置５は、切換制御部１６と、昇圧コンバータ制御部１７と、インバータ制御部１８とを有する。切換制御部１６は、連系用切換装置８の切換作動（すなわち第三接続路１１の遮断及び接続）及び自立用切換装置１３の切換作動（すなわち自立用接続路１５の遮断及び接続）を制御する。昇圧コンバータ制御部１７は、昇圧コンバータ６の動作を制御する。インバータ制御部１８は、インバータ７の動作を制御する。

また、分散型電源装置１は、第一電流センサ１９、第二電流センサ２０、第一電圧センサ２１、及び、第二電圧センサ２２を備える。第一電流センサ１９は、第一接続路９に介装されており、燃料電池発電装置２の出力電流値ｉ１、すなわち昇圧コンバータ６に入力される直流の電流値を検出するとともに、検出した電流値ｉ１に相当する信号を制御装置５に出力する。第二電流センサ２０は、第三接続路１１に介装されており、インバータ７の出力電流値ｉ２を検出するとともに検出した電流値ｉ２に相当する信号を制御装置５に出力する。第一電圧センサ２１も第三接続路１１に介装されており、インバータ７の出力電圧値Ｖ２を検出するとともに検出した電圧値Ｖ２に相当する信号を制御装置５に出力する。第二電圧センサ２２は、自立用接続路１５に介装されており、オートトランス１２の二次側電圧値Ｖ３を検出するとともに、検出した電圧値Ｖ３に相当する信号を制御装置５に出力する。

また、図示はしないが、分散型電源装置１に備えられる筐体には、起動ボタン及び停止ボタンが取り付けられている。ユーザが起動ボタンを押下することにより、分散型電源装置１の作動が開始される。また、ユーザが停止ボタンを押下することにより、分散型電源装置１の作動が停止される。なお、起動ボタン及び停止ボタンは、図示していないリモートコントローラに取り付けられ、このリモートコントローラが筐体に取り付けられる構成としてもよい。

上記構成を備える分散型電源装置１において、ユーザが起動ボタンを押下すると、まず、商用電源Ｃから制御装置５に電力が供給されることにより制御装置５が駆動する。すると、制御装置５は、燃料電池発電装置２に作動開始指令を出力する。これにより、燃料電池発電装置２に商用電源Ｃから電力が供給されて、燃料電池発電装置２が作動し、発電が開始される。

また、起動ボタンが押下された場合、制御装置５の切換制御部１６が、切換制御処理を実行する。図２は、切換制御部１６が実行する切換制御処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。このルーチンが起動すると、切換制御部１６は、まず、ステップ（以下、ステップ番号をＳと略記する）１０１にて、商用電源Ｃが非停電であるか否か、つまり商用電源Ｃから電力が供給されているか否かを判断する。商用電源Ｃが非停電である場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、切換制御部１６は、接続信号を連系用切換装置８に出力する（Ｓ１０２）。これにより、連系用切換装置８が第三接続路１１を接続する。次いで、切換制御部１６は、遮断信号を自立用切換装置１３に出力（Ｓ１０３）する。これにより、自立用切換装置１３が自立用接続路１５を遮断する。

また、Ｓ１０１にて、商用電源Ｃが停電していると判断した場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、切換制御部１６は、遮断信号を連系用切換装置８に出力する（Ｓ１０４）。これにより、連系用切換装置８が第三接続路１１を遮断する。次いで、切換制御部１６は、接続信号を自立用切換装置１３に出力する（Ｓ１０５）。これにより、自立用切換装置１３が自立用接続路１５を接続する。

切換制御部１６は、Ｓ１０３の処理又はＳ１０５の処理の実行後、Ｓ１０６に処理を進める。Ｓ１０６では、切換制御部１６は、停止ボタンが押下されたか否かを判断する。停止ボタンが押下されていない場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、切換制御部１６は、Ｓ１０１に処理を戻し、上記した処理を繰り返す。一方、停止ボタンが押下されている場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、切換制御部１６は、このルーチンを終了する。

切換制御部１６が上記した切換制御処理ルーチンを実行すると、商用電源Ｃの非停電時には、第三接続路１１の接続が確立されるとともに自立用接続路１５が遮断される。従って、燃料電池発電装置２にて発電された直流は、昇圧コンバータ６、インバータ７を経由して商用電源Ｃの交流と同期したＡＣ２００Ｖの交流として商用電源Ｃに供給される。一方、商用電源Ｃの停電時には、第三接続路１１が遮断されるとともに自立用接続路１５の接続が確立される。従って、燃料電池発電装置２にて発電された直流は、昇圧コンバータ６、インバータ７、分岐路２４を経由して、オートトランス１２の一次側に入力される。そして、オートトランス１２にてＡＣ１００Ｖに降圧された後に、自立用電源供給部１４に電力供給される。このため、停電時に電力負荷を自立用電源供給部１４に接続することにより、停電時であっても電力負荷を駆動させることができる。

また、起動ボタンが押下された後に、制御装置５の昇圧コンバータ制御部１７が、コンバータ制御処理を実行する。図３は、昇圧コンバータ制御部１７が実行するコンバータ制御処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。このルーチンが起動すると、昇圧コンバータ制御部１７は、まず、図３のＳ１１１にて、商用電源Ｃが非停電である否かを判断する。

商用電源Ｃが非停電である場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、昇圧コンバータ制御部１７は、上限電流値ｉ_Ｌを１０Ａに設定する（Ｓ１１２）。一方、商用電源Ｃが停電している場合（Ｓ１１１：Ｎｏ）、昇圧コンバータ制御部１７は、上限電流値ｉ_Ｌを１０．５５Ａに設定する。Ｓ１１２にて設定された上限電流値ｉ_Ｌ（＝１０Ａ）が、本発明における第一上限電流値（ｉ_Ｌ＿１）であり、Ｓ１１３にて設定された上限電流値ｉ_Ｌ（＝１０．５５Ａ）が、本発明における第二上限電流値（ｉ_Ｌ＿２）である。

Ｓ１１２又はＳ１１３にて上限電流値ｉ_Ｌを設定した後に、昇圧コンバータ制御部１７は、昇圧コンバータ６に入力される電流、すなわち、燃料電池発電装置２の出力電流の上限が、上限電流値ｉ_Ｌに制限されるように、燃料電池発電装置２から供給される直流を昇圧する（Ｓ１１４）。なお、燃料電池発電装置２の出力電流は、第一電流センサ１９により検出された電流値ｉ１から得ることができる。

Ｓ１１４の処理の実行によって、非停電時には、燃料電池発電装置２の出力電流の上限が１０Ａ（第一上限電流値ｉ_Ｌ＿１）に制限されるように、燃料電池発電装置２により発電された直流が昇圧コンバータ６により昇圧され、一方、停電時には、燃料電池発電装置２の出力電流値の上限が１０．５５Ａ（第二上限電流値ｉ_Ｌ＿２）に制限されるように、燃料電池発電装置２により発電された直流が昇圧コンバータ６により昇圧される。このようにして、燃料電池発電装置２の出力電流値を制限することにより、燃料電池発電装置２の出力電流が過大であることによる燃料電池発電装置２の劣化の促進が防止される。

Ｓ１１４の処理を実行した後は、昇圧コンバータ制御部１７は、停止ボタンが押下されたか否かを判断する（Ｓ１１５）。停止ボタンが押下されていない場合（Ｓ１１５：Ｎｏ）、昇圧コンバータ制御部１７はＳ１１１に処理を戻し、上記した処理を繰り返す。一方、停止ボタンが押下されている場合（Ｓ１１５：Ｙｅｓ）、昇圧コンバータ制御部１７は、制御停止指令を昇圧コンバータ６に出力する（Ｓ１１６）。これにより、昇圧コンバータ６による昇圧が停止される。その後、昇圧コンバータ制御部１７は、このルーチンを終了する。

また、起動ボタンが押下された後に、制御装置５のインバータ制御部１８が、インバータ制御処理を実行する。図４は、インバータ制御部１８が実行するインバータ制御処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。このルーチンが起動すると、インバータ制御部１８は、まず、図４のＳ１２１にて、商用電源Ｃが非停電であるか否かを判断する。商用電源Ｃが非停電であると判断した場合（Ｓ１２１：Ｙｅｓ）、インバータ制御部１８は、上限出力値Ｗ_Ｌを７００Ｗに設定する（Ｓ１２２）。また、商用電源Ｃが停電していると判断した場合（Ｓ１２１：Ｎｏ）、インバータ制御部１８は、上限出力値Ｗ_Ｌを７３８Ｗに設定する。Ｓ１２２にて設定された上限出力値Ｗ_Ｌ（＝７００Ｗ）が、本発明における第一上限出力値（Ｗ_Ｌ＿１）であり、Ｓ１２３にて設定された上限出力値Ｗ_Ｌ（＝７３８Ｗ）が、本発明における第二上限出力値（Ｗ_Ｌ＿２）である。

Ｓ１２２又はＳ１２３にて上限出力値Ｗ_Ｌを設定した後に、インバータ制御部１８は、インバータ７の出力の上限が上限出力値Ｗ_Ｌに制限されるようにインバータ７を制御する（Ｓ１２４）。これにより、昇圧コンバータ６で昇圧された直流が、ＡＣ２００Ｖの交流に変換される。この場合において、非停電時におけるインバータ７の最大出力は７００Ｗ（第一上限出力値Ｗ_Ｌ＿１）であり、停電時におけるインバータ７の最大出力は７３８Ｗ（第二上限出力値Ｗ_Ｌ＿２）である。また、インバータ７の出力は、第二電流センサ２０により検出されるインバータ７の出力電流値ｉ２と、第一電圧センサ２１により検出されるインバータ７の出力電圧値Ｖ２との積（Ｖ２×ｉ２）により求められる。

その後、インバータ制御部１８は、Ｓ１２５にて、停止ボタンが押下されたか否かを判断する。停止ボタンが押下されていない場合（Ｓ１２５：Ｎｏ）、インバータ制御部１８はＳ１２１に処理を戻し、上記した処理を繰り返す。一方、停止ボタンが押下されている場合（Ｓ１２５：Ｙｅｓ）、インバータ制御部１８は、制御停止指令をインバータ７に出力する（Ｓ１２６）。これにより、インバータ７の動作が停止される。その後、インバータ制御部１８は、このルーチンを終了する。

切換制御部１６、昇圧コンバータ制御部１７、及び、インバータ制御部１８が、上記した制御を実行した場合、非停電時においては、インバータ７から最大７００Ｗの交流（ＡＣ２００Ｖ、３．５Ａ）が出力される。インバータ７から出力された交流は、第三接続路１１及び連系用切換装置８を介して、商用電源Ｃに供給（系統連系）される。このように、本実施形態において、連系出力は、７００Ｗである。

一方、停電時においては、インバータ７から最大７３８Ｗの交流（ＡＣ２００Ｖ）が出力される。インバータ７から出力された交流は、第三接続路１１、分岐路２４を経由して、オートトランス１２の一次側に供給される。オートトランス１２では、その一次側に印加された電圧が降圧され、その二次側に、ＡＣ１００Ｖの交流が印加される。ここで、本実施形態において、オートトランス１２の変換効率は約９５％である。つまり、オートトランス１２にて５％分の出力が損なわれる。従って、オートトランス１２の一次側に入力される最大７３８Ｗの電力がオートトランス１２により降圧されることにより、オートトランス１２の二次側出力が、７３８Ｗの９５％、すなわち、約７００Ｗに低下する。

オートトランス１２の二次側に生成された最大７００Ｗの交流（ＡＣ１００Ｖ、７Ａ）は、自立用接続路１５、自立用切換装置１３を介して自立用電源供給部１４に供給される。従って、停電時に、自立用電源供給部１４にて、７００Ｗの電力を、電力負荷、例えば冷蔵庫などの重要な電力負荷に供給することができる。このように、本実施形態において、自立出力は、連系出力と同じ７００Ｗである。

本実施形態によれば、上記に示したように、停電時におけるインバータ７の出力の上限（７３８Ｗ）が、非停電時におけるインバータ７の出力の上限（７００Ｗ）よりも高い。従って、停電時にオートトランス１２によってインバータ７の出力電圧が降圧された場合であっても、インバータ７の出力の上限が高められた分だけ、オートトランス１２の変換効率（９５％）に起因する自立出力の低下分が補われる。このため、自立出力を連系出力と同じ程度（７００Ｗ）にすることができ、それにより、商品性の高い分散型電源装置１を提供することができる。

また、本実施形態において、停電時におけるインバータ７の出力の上限すなわち第二上限出力値Ｗ_Ｌ＿２（７３８Ｗ）は、非停電時におけるインバータ７の出力の上限すなわち第一上限出力値Ｗ_Ｌ＿１（７００Ｗ）及びオートトランス１２の変換効率（９５％）に基づいて定められている。具体的には、第二上限出力値Ｗ_Ｌ＿２（７３８Ｗ）は、オートトランス１２の二次側に、第一上限出力値Ｗ_Ｌ＿１（７００Ｗ）と同じ電力を発生させることができるように、定められる。より具体的には、第二上限出力値Ｗ_Ｌ＿２（７３８Ｗ）は、第一上限出力値Ｗ_Ｌ＿１（７００Ｗ）を、オートトランス１２の変換効率（９５％）で除した値以上の値に設定される。このようにして停電時におけるインバータ７の出力の上限（第二上限出力値）を定めることにより、オートトランス１２の変換効率に起因する自立出力の低下分を補うことができる。

また、非停電時には、燃料電池発電装置２の出力電流の上限が１０Ａに制限されるように昇圧コンバータ６が入力した直流を昇圧し、停電時には、燃料電池発電装置２の出力電流の上限が１０．５５Ａに制限されるように昇圧コンバータ６が入力した直流を昇圧する。これによれば、燃料電池発電装置２の出力電流の上限が１０Ａ以下又は１０．５５Ａ以下に制限されることにより、燃料電池発電装置２の劣化の促進を防止できる。従って、７００Ｗの電力を確保しつつも、燃料電池発電装置２の長寿命化を図ることができる。

また、非停電時には、燃料電池発電装置２の出力電流の上限が１０Ａであるのに対し、停電時には、燃料電池発電装置２の出力電流の上限が、１０Ａよりも高い１０．５５Ａである。すなわち、停電時には、燃料電池発電装置２の出力電流の上限が大きくされることによって、電流値の上限制限が緩和される。本実施形態において、このように、停電時の燃料電池発電装置２の出力電流の上限が、非停電時の燃料電池発電装置２の上限よりも高くされる理由は、以下のように説明される。

商用電源Ｃの停電時において、燃焼電池発電装置２の出力が７７０Ｗであり、燃料電池発電装置２の出力電圧が７０Ｖであると仮定する。この場合、燃料電池発電装置２の出力電流は、理論上は、１１Ａである。しかし、燃料電池発電装置２の出力電流の上限が１０Ａに制限されている場合、燃料電池発電装置２の出力電流は１０Ａとなるため、出力は７００Ｗにされる。

燃料電池発電装置２の出力が７００Ｗである場合、インバータ７に入力される直流の電力も７００Ｗである。このため、インバータ７の出力が７３８Ｗに達せず、その結果、自立出力が、インバータ７の出力（７００Ｗ）にオートトランス１２の変換効率（９５％）を乗じた電力、即ち、６６５Ｗ（ＡＣ１００Ｖ）にされる。つまり、停電時に燃料電池発電装置２の出力電流の上限を１０Ａに制限した場合、自立電源供給装置４から６６５Ｗの電力が出力される。換言すれば、停電時に燃料電池発電装置２の出力電流の上限値を１０Ａに制限した場合、自立電源供給装置４から７００Ｗの電力を得ることができない。

一方、燃料電池発電装置２の出力電流の上限が１０．５５Ａに制限されている場合、燃料電池発電装置２の出力電流が１０．５５Ａとなり、出力が７３８Ｗにされる。燃料電池発電装置２からの直流は、インバータ７で７３８Ｗの交流に変換された後、オートトランス１２により降圧される。このとき、オートトランス１２の二次側出力は、７３８Ｗの９５％、即ち、約７００Ｗ（ＡＣ１００Ｖ）である。つまり、停電時に燃料電池発電装置２の出力電流の上限値を１０．５５Ａに制限した場合、自立電源供給装置４から７００Ｗの電力を得ることができる。

以上のことからわかるように、停電時における燃料電池発電装置２の出力電流の上限を、非停電時における燃料電池発電装置２の出力電流の上限よりも高くすることにより、インバータ７により大きい電力を供給することができる。このため、燃料電池発電装置２の出力電流の電流制限によってインバータ７の出力が目標の出力（第二上限出力値）に達しないような事態の発生を回避することができる。よって、停電時に自立出力が７００Ｗである状態を維持することができる。

なお、停電時における燃料電池発電装置２の出力電流の上限を高くすることにより、燃料電池発電装置２の劣化が促進される虞があるが、停電時は非停電時と比較して短時間であるため、停電時のみ、燃料電池発電装置２の出力電流の上限を高くしたからといって、燃料電池発電装置２の劣化はそれほど進行しない。つまり、本実施形態によれば、燃料電池発電装置２の劣化をさほど進行させることなく、自立出力を連系出力と同じ程度に維持することができる。

また、本実施形態においては、停電時における燃料電池発電装置２の出力電流の上限値である第二上限電流値ｉ_Ｌ＿２（１０．５５Ａ）は、停電時にインバータ制御部１８が設定する第二上限出力値Ｗ_Ｌ＿２（７３８Ｗ）に基づいて定められている。具体的には、第二上限電流値ｉ_Ｌ＿２は、停電時にインバータ７の出力の上限が第二上限出力値Ｗ_Ｌ＿２に達するように、定められる。このようにして停電時における燃料電池発電装置２の出力電流の上限を定めることにより、オートトランス１２の変換効率に起因した自立出力の低下分を補うことができる。

また、本実施形態において、第一上限電流値ｉ_Ｌ＿１（１０Ａ）に対する第二上限電流値ｉ_Ｌ＿２（１０．５５Ａ）の比（ｉ_Ｌ＿２／ｉ_Ｌ＿１）、及び、第一上限出力値Ｗ_Ｌ＿１（７００Ｗ）に対する第二上限出力値Ｗ_Ｌ＿２（７３８Ｗ）の比（Ｗ_Ｌ＿２／Ｗ_Ｌ＿１）は、約１．０５５である。比（ｉ_Ｌ＿２／ｉ_Ｌ＿１）及び比（Ｗ_Ｌ＿２／Ｗ_Ｌ＿１）を、１．０４以上且つ１．０６以下の範囲に設定することにより、燃料電池発電装置２の劣化の進行を抑えつつ、停電時における自立出力を、非停電時における連系出力と同じ程度にすることができる。

また、本実施形態において、制御装置５のインバータ制御部１８は、図１に示すように、自立出力補正部１８ａを備えていてもよい。この自立出力補正部１８ａは、自立出力補正処理を実行することにより、停電時に自立電源供給装置４にて得られる電力が精度良くＡＣ１００Ｖの交流にされる。図５は、自立出力補正部１８ａが実行する自立出力補正処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。このルーチンが起動すると、自立出力補正部１８ａは、まず、図５のＳ１３１にて、商用電源Ｃが停電しているか否かを判断する。商用電源Ｃが停電していない場合（Ｓ１３１：Ｎｏ）、自立出力補正部１８ａは、このルーチンを終了する。一方、商用電源Ｃが停電している場合（Ｓ１３１：Ｙｅｓ）、自立出力補正部は、Ｓ１３２に処理を進める。

Ｓ１３２では、自立出力補正部１８ａは、第二電圧センサ２２により検出されるオートトランス１２の二次側電圧値Ｖ３が１００Ｖを越えているか否かを判断する。二次側電圧値Ｖ３が１００Ｖを越えている場合（Ｓ１３２：Ｙｅｓ）、自立出力補正部１８ａは、インバータ７のスイッチング素子のオンデューティ比を僅かに減少させる。これにより、インバータ７の出力電圧が僅かに低下し、それに伴って、オートトランス１２の二次側電圧値Ｖ３も僅かに低下する。

一方、Ｓ１３２にて、二次側電圧値Ｖ３が１００Ｖを越えていないと判断された場合（Ｓ１３２：Ｎｏ）、自立出力補正部１８ａは、Ｓ１３４に処理を進め、二次側電圧値Ｖ３が１００Ｖ未満であるか否かを判断する。Ｓ１３４にて二次側電圧値Ｖ３が１００Ｖ未満ではないと判断された場合（Ｓ１３４：Ｎｏ）は、二次側電圧値Ｖ３が１００Ｖである。この場合は、出力を補正する必要がないため、自立出力補正部１８ａは、このルーチンを終了する。

また、Ｓ１３４にて、二次側電圧値Ｖ３が１００Ｖ未満であると判断した場合（Ｓ１３４：Ｙｅｓ）、自立出力補正部１８ａは、インバータ７のスイッチング素子のオンデューティ比を僅かに増加させる。これにより、インバータ７の出力電圧が僅かに上昇し、それに伴って、オートトランス１２の二次側電圧値Ｖ３も僅かに上昇する。

Ｓ１３３又はＳ１３４にてインバータ７のスイッチング素子のオンデューティ比を変更した後に、自立出力補正部１８ａは、停止ボタンが押圧されたか否かを判断する（Ｓ１３６）。停止ボタンが押圧されていない場合（Ｓ１３６：Ｎｏ）、自立出力補正部１８ａは、Ｓ１３１に処理を戻し、上記した処理を繰り返す。一方、停止ボタンが押圧されている場合（Ｓ１３６：Ｙｅｓ）、本ルーチンに基づくインバータ７の制御を停止する。その後、このルーチンを終了する。

自立出力補正部１８ａが上記した自立出力補正処理を実行することによって、停電時に自立専用電力供給部から得られる電力の電圧を、精度良く、ＡＣ１００Ｖ電圧にすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態においては、発電装置として燃料電池発電装置を用いる例を説明したが、直流を生成する発電装置であれば、それ以外の発電装置、例えば太陽光発電装置でもよい。本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

１…分散型電源装置、２…燃料電池発電装置（発電装置）、３…系統連系装置、４…自立電源供給装置、５…制御装置、６…昇圧コンバータ、７…インバータ、８…連系用切換装置、９…第一接続路、１０…第二接続路、１１…第三接続路（連系用接続路）、１２…オートトランス（トランス）、１３…自立用切換装置、１４…自立用電源供給部、１５…自立用接続路、１６…切換制御部、１７…昇圧コンバータ制御部、１８…インバータ制御部、１８ａ…自立出力補正部（補正部）、１９…第一電流センサ、２０…第二電流センサ、２１…第一電圧センサ、２２…第二電圧センサ、２４…分岐路、Ｃ…商用電源、ｉ_Ｌ＿１…第一上限電流値、ｉ_Ｌ＿２…第二上限電流値、Ｗ_Ｌ＿１…第一上限出力値、Ｗ_Ｌ＿２…第二上限出力値

Claims (5)

1. 直流を発電する発電装置と、
   前記発電装置により発電された直流の電圧を昇圧する昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータにより昇圧された直流を、商用電源から出力される交流と同期した交流に変換するインバータと、前記インバータの出力側を前記商用電源に接続する連系用接続路と、前記連系用接続路に介装され前記連系用接続路を遮断又は接続する連系用切換装置と、を有する系統連系装置と、
   前記連系用接続路のうち前記インバータと前記連系用切換装置との間の部分にその一次側が接続され、前記インバータの出力電圧を降圧して、その二次側に、降圧した交流を出力するトランスと、前記トランスの二次側に接続された自立用接続路と、前記自立用接続路に接続された自立用電源供給部と、前記自立用接続路を遮断又は接続する自立用切換装置と、を有する自立電源供給装置と、
   前記商用電源の非停電時に前記連系用接続路が接続されるとともに前記自立用接続路が遮断され、前記商用電源の停電時に前記連系用接続路が遮断されるとともに前記自立用接続路が接続されるように、前記連系用切換装置及び前記自立用切換装置を制御する切換制御部と、
   前記非停電時に、前記発電装置の出力電流の上限が第一上限電流値に制限されるように前記昇圧コンバータを制御し、前記停電時に、前記発電装置の出力電流の上限が前記第一上限電流値よりも高い第二上限電流値に制限されるように前記昇圧コンバータを制御する昇圧コンバータ制御部と、
   前記非停電時に、前記インバータの出力の上限が第一上限出力値に制限されるように前記インバータを制御し、前記停電時に、前記インバータの出力の上限が前記第一上限出力値よりも高い第二上限出力値に制限されるように前記インバータを制御するインバータ制御部と、
   前記トランスの二次側の電圧値を検出する電圧センサと、を備え、
   前記インバータ制御部は、前記停電時に、前記電圧センサにより検出される電圧値に基づいて、前記インバータの出力を補正する補正部を有する、分散型電源装置。
2. 請求項１に記載の分散型電源装置において、
   前記第二上限出力値は、前記トランスの変換効率に基づいて定められている、分散型電源装置。
3. 請求項１又は２に記載の分散型電源装置において、
   前記第二上限電流値は、前記第二上限出力値に基づいて定められている、分散型電源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分散型電源装置において、
   前記発電装置が燃料電池発電装置である、分散型電源装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分散型電源装置において、
   前記インバータの出力電圧がＡＣ２００Ｖであり、前記トランスの二次側電圧がＡＣ１００Ｖである、分散型電源装置。
   

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