JP2014204636A - 分散型電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】分散型電源システムにおいて、大型化・コストアップを招くことなく、自立発電を確実に実施できる。【解決手段】分散型電源システムの発電装置制御装置１９は、検出装置からの検出信号に基づき、系統電源から給電されているか否かを判定し（給電判定部：ステップＳ１０６）、付随装置制御装置との間の通信状態が正常であるか否かを判定し（通信状態判定部：ステップＳ１０８）、ステップＳ１０８にて付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、ステップＳ１０６にて系統電源から給電されていないと判定した場合に、切替装置を、発電装置からの電力供給を第２負荷装置に切り替えるように制御する（切替制御部：ステップＳ１１０）。【選択図】 図３

Description

本発明は、分散型電源システムに関する。

分散型電源システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。分散型電源システムにおいては、分電盤２の上流側に設けられた系統との接続／解列を切り替える系統連系切替部４のさらに上流側に電圧検出部５を設け、この電圧検出部５で停電が検知されると、発電装置の起動制御を行う起動制御部３は系統連系切替部４を解列状態にして発電システムを系統から電気的に切り離された状態にするようになっている。そして、その後に起動制御部３に設けられた蓄電池に保存された電力を用いて発電装置を起動させて自立発電を開始させる。

特開２００９−２０７３２５号公報

しかしながら、上述した分散型電源システムにおいては、電圧検出部５の追加により、停電を判定し自立発電を開始させることができるものの、システムが大型化し、また余分な部品の追加によるコストアップを招くという問題があった。
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、分散型電源システムにおいて、大型化・コストアップを招くことなく、自立発電を確実に実施できることを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る分散型電源システムは、電力を発生させる発電装置と、系統電源の送電が正常である場合に、発電装置からの電力および系統電源からの電力が供給可能である第１負荷装置と、系統電源の送電が停止された場合に、発電装置からの電力のみを供給する自立発電運転中において、発電装置からの電力のみが供給可能である第２負荷装置と、発電装置からの電力供給を、第１負荷装置または第２負荷装置に切り替えるように構成された切替装置と、発電装置と第１負荷装置との間に配設されて、その配設された位置の電圧及び電流の少なくとも一方を検出する検出装置と、発電装置の制御を少なくとも行う発電装置制御装置と、発電装置に付随して稼働する付随装置を制御し、系統電源から供給された電力により作動し、発電装置制御装置と互いに通信可能に接続されている付随装置制御装置と、を備え、発電装置制御装置は、検出装置からの検出信号に基づき、系統電源から給電されているか否かを判定する給電判定部と、付随装置制御装置との間の通信状態が正常であるか否かを判定する通信状態判定部と、通信状態判定部が付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、給電判定部が系統電源から給電されていないと判定した場合に、切替装置を、発電装置からの電力供給を第２負荷装置に切り替えるように制御する切替制御部と、を備えている。

また請求項２に係る発明は、請求項１に係る分散型電源システムにおいて、切替装置は、発電装置と第１負荷装置との間に設けられて発電装置と第１負荷装置とを連通・遮断する第１開閉器と、発電装置と第２負荷装置との間に設けられて発電装置と第２負荷装置とを連通・遮断する第２開閉器と、を含んで構成され、切替制御部は、通信状態判定部が付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、給電判定部が系統電源から給電されていないと判定した場合に、第１開閉器を開路とするとともに第２開閉器を閉路とする。

また請求項３に係る発明は、請求項２に係る分散型電源システムにおいて、切替制御部は、通信状態判定部が付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、給電判定部が系統電源から給電されていないと判定した場合に、第１開閉器を開路とするとともに第２開閉器を閉路とした後であって、給電判定部が系統電源から給電されていると判定した場合に、第１開閉器を閉路とするとともに第２開閉器を開路とする。

また請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３の何れか一項に係る分散型電源システムにおいて、系統電源と切替装置との間に配設されたブレーカをさらに備え、検出装置は、ブレーカと切替装置との間に配設されている。

また請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４の何れか一項に係る分散型電源システムにおいて、発電装置は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池を含んで構成されている。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、付随装置制御装置は、系統電源から電力の供給を受けて作動しているので、系統電源に停電等の異常が発生した場合には、付随装置制御装置は作動しないため発電装置制御装置との間で正常に通信を行うことができない。この場合には、通信状態判定部は付随装置制御装置との通信状態が不良と判定する。さらに、給電判定部が系統電源から給電されていないと判定する。したがって、切替制御部は、切替装置を、発電装置からの電力供給を第２負荷装置に切り替えるように制御する。これにより、大型化・コストアップを招くことなく、系統電源が停電しても自立発電運転を確実に実施できる分散型電源システムを提供することができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に係る分散型電源システムにおいて、切替装置は、発電装置と第１負荷装置との間に設けられて発電装置と第１負荷装置とを連通・遮断する第１開閉器と、発電装置と第２負荷装置との間に設けられて発電装置と第２負荷装置とを連通・遮断する第２開閉器と、を含んで構成され、切替制御部は、通信状態判定部が付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、給電判定部が系統電源から給電されていないと判定した場合に、第１開閉器を開路とするとともに第２開閉器を閉路とする。これにより、簡単な構成により、系統電源が停電しても自立発電運転を確実に実施できる分散型電源システムを提供することができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項２に係る分散型電源システムにおいて、切替制御部は、通信状態判定部が付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、給電判定部が系統電源から給電されていないと判定した場合に、第１開閉器を開路とするとともに第２開閉器を閉路とした後であって、給電判定部が系統電源から給電されていると判定した場合に、第１開閉器を閉路とするとともに第２開閉器を開路とする。これにより、系統電源からの電力供給が復帰した場合、発電装置からの電力供給を第１負荷装置から第２負荷装置へと確実に切り替えることができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１から請求項３の何れか一項に係る分散型電源システムにおいて、系統電源と切替装置との間に配設されたブレーカをさらに備え、検出装置は、ブレーカと切替装置との間に配設されている。これにより、新たな部品を追加することなく簡単な構成により停電を検知することができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１から請求項４の何れか一項に係る分散型電源システムにおいて、発電装置は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池を含んで構成されている。これにより、発電装置が燃料電池により構成されている場合にも、大型化・コストアップを招くことなく、系統電源が停電しても自立発電運転を確実に実施することができる。

本発明による分散型電源システムの実施形態を示す概要図である。 図１に示す発電機の概要図である。 本発明による分散型電源システムの停電が発生した場合における動作のフローチャートである。 本発明による分散型電源システムの他の実施形態における燃料電池の概要図である。 本発明による分散型電源システムの他の実施形態における発電機の概要図である。

以下、本発明による分散型電源システムの実施形態の一つである実施例について説明する。図１はこの分散型電源システムの概要を示す概要図である。この分散型電源システムは、発電ユニット１０および貯湯ユニット２０を備えている。

発電ユニット１０は、発電装置１１、電源基板１３および発電装置制御装置１９を備えている。発電装置１１は、電力（本実施形態では交流電力）を発生させるものであり、直流電力を発電する発電機１１ａおよび電力変換装置１１ｂから構成されている。図２に示すように、発電機１１ａは、燃料電池１１ａ１、蒸発部１１ａ２および改質部１１ａ３を備えている。

蒸発部１１ａ２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部１１ａ２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して混合ガスを改質部１１ａ３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料がある。

改質部１１ａ３は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部１１ａ２から供給された混合ガス（改質用原料および水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。混合ガスが触媒によって反応し、改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水素が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は燃料電池１１ａ１の燃料極に導出されるようになっている。

燃料電池１１ａ１は、燃料と酸化剤ガスとにより発電するものである。燃料電池１１ａ１は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル１１ａ１ａが図２の左右方向に積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池１１ａ１は、固体酸化物燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池１１ａ１の燃料極には、燃料としての水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。セル１１ａ１ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路１１ａ１ｂが形成されている。セル１１ａ１ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路１１ａ１ｃが形成されている。空気流路１１ａ１ｃには、カソードエアがカソードエアブロワ１０ａ（またはカソードエアポンプ）によって供給されている。

燃料電池１１ａ１においては、燃料極に供給された燃料と空気極に供給された酸化剤ガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１および化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ^２−）が電解質を通過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。
（化１）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
（化２）
ＣＯ＋Ｏ^２−→ＣＯ_２＋２ｅ⁻
（化３）
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−

燃焼ガスは、燃料流路１１ａ１ｂから導出した発電に使用されなかった改質ガスが、空気流路１１ａ１ｃから導出した発電に使用されなかった酸化剤ガス（空気）によって燃焼されたものである。

電力変換装置１１ｂは、図１に示すように、燃料電池１１ａ１から供給された直流電流を交流電流に変換するものである。また、電力変換装置１１ｂは、変換した交流電流を出力する機能を備えている。電力変換装置１１ｂには、電線１４の一端が接続されており、電力変換装置１１ｂの交流電力が電線１４に出力されるようになっている。電線１４の他端には、第１負荷装置１５が接続されている。電力変換装置１１ｂが出力する電力は、必要に応じて電線１４を介して第１負荷装置１５に供給されるようになっている。第１負荷装置１５は、電灯、アイロン、テレビ、洗濯機、電気コタツ、電気カーペット、エアコン、冷蔵庫などの電気器具である。

電線１４上であって電力変換装置１１ｂと第１負荷装置１５の間には、一端が系統電源３０に接続された電源ライン３１の他端が接続部１４ａで接続されている。また、電源ライン３１上には、配電盤３２が配設されている。発電ユニット１０が発電する電力より第１負荷装置１５の消費電力が上回った場合、その不足電力は、電源ライン３１から配電盤３２を介して系統電源３０からの電力が供給されるようになっている。このように、第１負荷装置１５は、系統電源３０からの電力および電力変換装置１１ｂからの電力が供給されるようになっている。

電線１４上であって電力変換装置１１ｂと接続部１４ａの間には、一端が自立用出力端子１６に接続された電線１７の他端が接続部１４ｂで接続されている。自立用出力端子１６には、第２負荷装置１８が着脱可能に接続されている。

自立用出力端子１６は、系統電源３０からの電力供給が停止（以下、停電とする）された場合に発電装置１１（燃料電池１１ａ１）を発電させて電力変換装置１１ｂからの電力のみを第２負荷装置１８に供給する発電運転（以下、自立発電運転とする）中のみに使用されるものである。すなわち、自立用出力端子１６は、停電の場合における自立発電運転中に燃料電池１１ａ１が発電する電力のみが出力されるようになっている。

第２負荷装置１８は、自立発電運転中において、電力変換装置１１ｂに接続されて、電力変換装置１１ｂからの電力のみが供給されるものである。第２負荷装置１８は、第１負荷装置１５と同様の電気器具であるが、停電の場合における自立発電運転中に、使用者が使用したい電気器具について、自立用出力端子１６に接続して使用されるものである。

また、電力変換装置１１ｂは、電源ライン３１および電線１４を介して供給される系統電源３０からの交流電力を直流電力に変換して出力する機能も備えている。電力変換装置１１ｂが出力する直流電力は、電源基板１３に出力される。電源基板１３は、供給された直流電力を所定の直流電力に変換して発電装置制御装置１９、補機１０ｂなどに供給している。補機１０ｂは、図示のない改質水ポンプ、原料ポンプや各部位の温度センサなどの発電ユニット１０を作動させるのに必要であって直流電流で作動するものから構成されている。

また、電源ライン３１上であって系統電源３０と配電盤３２の間には、電圧センサ３１ａが配設されている。電圧センサ３１ａは、系統電源３０から電力変換装置１１ｂへ供給される電力の電圧を検出するものである。なお、本実施形態においては、系統電源３０の電圧を検出するために電圧センサ３１ａを配設しているが、系統電源３０から電力変換装置１１ｂへ供給される電力を検出する電力センサを配設するようにしても良い。

さらに、発電ユニット１０は、第１開閉器１４ｃ、第２開閉器１７ａ、センサ１１ｂ１および発電装置制御装置１９を備えている。
第１開閉器１４ｃは、電線１４上であって接続部１４ａと接続部１４ｂとの間に配設され、開路または閉路することにより電力変換装置１１ｂと系統電源３０とを電気的に遮断または接続するものである。第２開閉器１７ａは、電力変換装置１１ｂと第２負荷装置１８との間に配設され、開路または閉路することにより、電力変換装置１１ｂと第２負荷装置１８とを電気的に遮断または接続する開閉装置である。より具体的には、第２開閉器１７ａは、電線１７上であって接続部１４ｂと自立用出力端子１６との間に配設されている。

センサ１１ｂ１は、電力変換装置１１ｂとブレーカ１４ｄの間に配設されている。より詳しくは、センサ１１ｂ１は、第１開閉器１４ｃとブレーカ１４ｄの間に配設されている。センサ１１ｂ１は、その配設された位置の電圧及び電流の少なくとも一方を検出して、発電装置１１が系統電源３０から給電されているか否かを検出するものである。本実施形態では、センサ１１ｂ１は、その配設された位置の電圧を検出する。センサ１１ｂ１で検出された電圧の検出信号は、発電装置制御装置１９に出力される。センサ１１ｂ１は、発電装置１１と第１負荷装置１５との間に配設されて、その配設された位置の電圧及び電流の少なくとも一方を検出する検出装置である。

また、電線１４上であって第１開閉器１４ｃと接続部１４ａの間（すなわち系統電源３０と切替装置Ｒとの間）には、ブレーカ１４ｄが配設されている。系統電源３０からの送電が行われている場合であって、何らかの原因により電線１４に異常な電流（例えば過電流）が流れたときに、ブレーカ１４ｄは自動で電線１４を開路とするようになっている。これにより発電ユニット１０は異常な電流による損傷などから回避される。

発電装置制御装置１９は、発電装置１１（燃料電池１１ａ１）の制御を少なくとも行うものである。具体的には、系統電源３０から電力供給があるときは、第１負荷装置１５の消費電力となるように燃料電池１１ａ１の発電量の制御を行う。このとき、燃料電池１１ａ１の発電する電力より第１負荷装置１５の消費電力が上回る場合は、その不足電力を系統電源３０から受電して補うようになっている。停電の場合は、燃料電池１１ａ１の発電量が一定の出力電力（例えば定格の半分（３５０Ｗ））となるように制御している。なお、第２負荷装置１８の消費電力となるように燃料電池１１ａ１の発電量の制御を行ってもよい。
また、第１開閉器１４ｃおよび第２開閉器１７ａは、発電装置制御装置１９からの指示に従って、開閉制御されるようになっている。

発電装置制御装置１９は、センサ１１ｂ１の検出信号が入力されるようになっている。発電装置制御装置１９はセンサ１１ｂ１の検出信号に基づいて、系統電源３０の停電を検出することができる。具体的には、センサ１１ｂ１によって検出された系統電源３０の電圧が所定電圧以下（例えば定格の１／１０以下）である場合は、系統電源３０は停電であると検出される。また、発電装置制御装置１９は、電圧センサ３１ａの検出信号が入力されるようになっている。

貯湯ユニット２０は、貯湯槽２１、貯湯槽制御装置２２および電源基板２３を備えている。この貯湯ユニット２０は、発電装置１１に付随して稼働する付随装置である。
貯湯槽２１は、発電装置１１（燃料電池１１ａ１）の排熱を熱交換により回収した湯水を貯めるものである。貯湯槽２１には、貯湯槽２１内の湯水（貯湯水）を循環させるための湯水循環回路２４が接続されている。湯水循環回路２４上には、熱交換器２５が配設されている。熱交換器２５には、一端が発電機１１ａの排熱が排出される発電機１１ａの排出口に接続された流路２５ａの他端が接続されている。熱交換器２５は、流路２５ａを介して供給される排熱と湯水循環回路２４を循環する湯水との間で熱交換を行うものである。すなわち、発電ユニット１０の発電中に図示しないポンプの駆動によって湯水循環回路２４を湯水が循環すると、湯水が流路２５ａを介して排出された発電ユニット１０の排熱を熱交換器２５を介して回収することで、湯水が加熱されるようになっている。
なお、発電機１１ａの排熱とは、例えば、発電ユニット１０の場合、燃料電池１１ａ１の排熱や改質部１１ａ３の排熱などをいう。しかし、それに限定せず発電ユニット１０それ自体の熱など回収可能な排熱なら何でも利用できる。

貯湯槽２１は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温水が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温水が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽２１に貯留されている高温の温水が貯湯槽２１の柱状容器の上部から導出され、その導出された分を補給するように水道水などの水（低温の水）が貯湯槽２１の柱状容器の下部から導入されるようになっている。このような貯湯槽２１は、発電ユニット１０の近くに設置されている。

貯湯槽２１の内部には残湯量検出センサである温度センサ群２１ａが設けられている。温度センサ群２１ａは複数（本実施形態においては５個）の温度センサ２１ａ−１，２１ａ−２，・・・，２１ａ−５から構成されており、上下方向（鉛直方向）に沿って等間隔（貯湯槽２１内の上下方向高さの４分の１の距離）にて配設されている。温度センサ２１ａ−１は貯湯槽２１の内部上面位置に配置されている。各温度センサ２１ａ−１，２１ａ−２，・・・，２１ａ−５はその位置の貯湯槽２１内の液体（温水または水）の温度をそれぞれ検出するものである。この温度センサ群２１ａによる各位置での湯温の検出結果に基づいて貯湯槽２１内の残湯量が、この温度センサ群２１ａの検出結果が送信される貯湯槽制御装置２２によって導出されるようになっている。残湯量は、貯湯槽２１内に蓄えられた熱量を表している。

貯湯槽２１には、給湯管２６が接続されている。給湯管２６には、上流から順番に補助加熱装置であるガス湯沸かし器（図示省略）、温度センサ２６ａおよび流量センサ２６ｂが配設されている。ガス湯沸かし器は、給湯管２６を通過する貯湯槽２１からの湯水を加熱して給湯するようになっている。温度センサ２６ａはガス湯沸かし器を通過した後の湯水の温度を検出するものであり、その検出信号は貯湯槽制御装置２２に送信されるようになっている。すなわち、温度センサ２６ａで検出した湯水の温度が設定された給湯温度となるように、ガス湯沸かし器で加熱している。また、流量センサ２６ｂは、貯湯槽２１から供給されている単位時間あたりの湯水消費量（給湯量）を検出するものである。流量センサ２６ｂの検出信号は貯湯槽制御装置２２に送信されるようになっている。また、図示していないが、給湯管２６には貯湯槽２１の導出口と温度センサ２６ａとの間に水道水が合流するようになっている。これにより、貯湯槽２１からの湯水を降温している。

給湯管２６には、貯湯槽２１に貯留している湯水を給湯として利用する湯水使用場所Ａ２に設置されている複数の湯利用機器Ａ２ａが接続されている。この湯利用機器としては、浴槽、シャワ、キッチン（キッチンの蛇口）、洗面所（洗面所の蛇口）などがある。また、給湯管２６には、貯湯槽２１の湯水を熱源として利用する湯水使用場所Ａ２に設置されている熱利用機器Ａ２ｂが接続されている。この熱利用機器としては、浴室暖房、床暖房、浴槽の湯の追い炊き機構などがある。

貯湯槽制御装置２２は、貯湯槽２１の残湯量を少なくとも制御するものである。この貯湯槽制御装置２２は、系統電源３０から供給された電力により作動し、発電装置制御装置１９と互いに通信可能に接続されている付随装置制御装置である。貯湯槽制御装置２２は、温度センサ群２１ａの検出結果に基づいて、図示しないポンプを作動させて湯水を循環させ加熱することにより貯湯槽２１の残湯量の制御をする。また、貯湯槽制御装置２２は、温度センサ２６ａおよび流量センサ２６ｂなどの検出結果に基づいて図示しないガス湯沸かし器などを作動させ、給湯温度の制御をする。

貯湯槽制御装置２２は、電源基板２３から電力供給を受けて作動している。電源基板２３は、系統電源３０からの交流電力が配電盤３２で分配されて電線３３を介して供給されている。電線３３上には、電源切替器３４が配設されている。電源切替器３４は、電線３５を介して自立用出力端子１６に接続されている。電源切替器３４は、発電装置制御装置１９から指令を受けて、電源基板２３に対する、配電盤３２からの電力供給または自立用出力端子１６からの電力供給を切り替える。電源基板２３は、供給された交流電力を所定の直流電力に変換して貯湯槽制御装置２２へ供給している。

さらに、貯湯ユニット２０は、貯湯槽制御リモコン２７を備えている。貯湯槽制御リモコン２７は、貯湯槽制御装置２２と互いに通信可能に接続されて、貯湯槽２１の貯湯状況を少なくとも表示して貯湯槽２１の遠隔操作を行うリモコンである。このリモコン２７には、貯湯槽２１内の湯水の残湯量、給湯温度および湯水消費量などの貯湯槽２１の貯湯状況が表示される。また、このリモコン２７には、発電機１１ａの発電する電力や使用電力量などの発電ユニット１０の運転状況が表示できるようになっている。

次に、上述した分散型電源システムの系統電源３０から送電がある場合の基本的動作の一例について説明する。発電装置制御装置１９は、図示しないスタートスイッチが押されて運転が開始される場合、または計画運転にしたがって運転が開始される場合には、起動運転を開始する。ここで、系統電源３０から電力の供給がある場合は、第１開閉器１４ｃは閉路に、第２開閉器１７ａは開路となるように発電装置制御装置１９によって制御されている。このように、系統電源３０からの電力供給が正常である場合、すなわち発電機１１ａが系統電源３０と系統連系されている場合、発電機１１ａが発電を行うことを系統連系発電という。

起動運転が開始されるときは、発電装置制御装置１９は、図示しないモータ駆動のポンプなどの補機１０ｂを作動させ、発電機１１ａの蒸発部１１ａ２に燃料および改質水の供給を開始する。上述したように、蒸発部１１ａ２では混合ガスが生成されて、混合ガスは改質部１１ａ３に供給される。改質部１１ａ３では、供給された混合ガスから改質ガスが生成されて、改質ガスが燃料電池１１ａ１に供給される。改質部１１ａ３が所定温度以上となれば、起動運転は終了し、定常運転（発電運転）が開始される。

発電運転中では、発電装置制御装置１９は、発電機１１ａの発電する電力が、センサ１１ｂ１からの検出信号に基づいて算出される第１負荷装置１５の電力となるように補機１０ｂを制御して、改質ガスおよびカソードエアを発電機１１ａに供給する。上述したように、発電機１１ａの発電する電力より第１負荷装置１５の電力が上回った場合、その不足電力を系統電源３０から受電して補うようになっている。

このような発電運転中に、図示しないストップスイッチが押されて発電運転が停止される場合、または運転計画にしたがって運転が停止される場合には、発電装置制御装置１９は、分散型電源システムの停止運転（停止処理）を実施する。

発電装置制御装置１９は、燃料および水の蒸発部１１ａ２への供給を停止し、改質ガスおよび空気の燃料電池１１ａ１への供給を停止する。このとき、発電機１１ａが残燃料によって発電している場合には、その出力電力は補機１０ｂなどへ供給されて消費される。残燃料による発電機１１ａの発電が終了すれば、停止運転は終了する。

このような停止運転が終了すると、分散型電源システムは待機状態（待機時）となる。待機時は、分散型電源システムの発電停止状態（すなわち、起動運転、発電運転、停止運転のいずれの運転中でない状態である。）のことであり、発電指示（スタートスイッチのオンなど）を待っている状態のことである。すなわち、停止運転状態終了時点の状態が維持される。

次に、系統電源３０が停電した場合の分散型電源システムの動作の一例について、図３に示すフローチャートに沿って説明する。
発電装置制御装置１９は、ステップＳ１０２において、分散型電源システムの発電ユニット１０が上述した系統連系発電を行っているか否かを判定する。この場合、発電装置制御装置１９は、発電ユニット１０の運転状態から系統連系発電であるか否かを判定できる。例えば、系統電源３０からの電力供給が正常である場合には、すなわち第１開閉器１４ｃが閉路され第２開閉器１７ａが開路されて発電機１１ａが系統電源３０と系統連系されている場合には、発電ユニット１０が系統連系発電であると判定する。一方、系統電源３０からの電力供給が異常である（例えば停電である）場合には、すなわち第１開閉器１４ｃが開路され第２開閉器１７ａが閉路されて発電機１１ａが第２負荷装置１８と接続されている場合には、発電ユニット１０が系統連系発電でないと判定する。

発電装置制御装置１９は、ステップＳ１０４において、貯湯槽制御装置２２との間の通信状態が正常であるか否かを判定する。系統電源３０が停電等の異常により、電源ライン３１に電力が供給されていない状態では、貯湯槽制御装置２２に電力が供給されないので、貯湯槽制御装置２２は作動せず（停止し）、発電装置制御装置１９は貯湯槽制御装置２２と通信を行うことができない。この場合には、発電装置制御装置１９は、貯湯槽制御装置２２との間において通信状態が異常な状態であると判定し（ステップＳ１０４で「ＮＯ」と判定）、プログラムをステップＳ１１６に進める。

なお、発電機１１ａが発電（自立発電）している際には、発電装置制御装置１９には、発電装置１１（発電機１１ａ）から電力が供給される。このため、例え系統電源３０の異常により、系統電源３０から発電ユニット１０に給電されていない状態であっても、発電装置制御装置１９は作動し、発電装置制御装置１９は貯湯槽制御装置２２との間においての通信状態が異常であるか否かを判定することができる。

一方、系統電源３０が正常で、電源ライン３１に電力が供給されている状態では、貯湯槽制御装置２２には電力が供給されているので、貯湯槽制御装置２２は作動し、発電装置制御装置１９は貯湯槽制御装置２２と通信可能な状態にある。この場合には、発電装置制御装置１９は、貯湯槽制御装置２２との通信状態が正常であると判定し（ステップＳ１０４で「ＹＥＳ」と判定）、プログラムをステップＳ１０６に進める。

発電装置制御装置１９は、ステップＳ１０６において、センサ１１ｂ１から入力された検出信号に基づき、系統電源３０から給電されていない状態であるか否かを判定する（給電判定部）。具体的には、発電装置制御装置１９は、センサ１１ｂ１によって検出された系統電源３０からの電圧（ブレーカ１４ｄよりも電力変換装置１１ｂ側の電圧）が、所定電圧以下（例えば、定格の１／１０以下）であるか否かによって判定する。発電装置制御装置１９は、系統電源３０からの電圧が所定電圧以下であると判定した場合には、系統電源３０から給電されていない状態にあると判定する。

発電装置制御装置１９が、系統電源３０から給電されていない状態にあると判定した場合には（ステップＳ１０６で「ＮＯ」と判定）、プログラムをステップＳ１０８に進める。一方で、発電装置制御装置１９が、系統電源３０から給電されている状態にあると判定した場合には（ステップＳ１０６で「ＹＥＳ」と判定）、プログラムをステップＳ１０２の処理に戻す。

発電装置制御装置１９は、ステップＳ１０８において、貯湯槽制御装置２２との間の通信状態が正常であるか否かを判定する（通信状態判定部）。ステップＳ１０４と同様に、系統電源３０が停電等の異常により、電源ライン３１に電力が供給されていない状態では、発電装置制御装置１９は、貯湯槽制御装置２２との間において通信状態が異常な状態であると判定し（ステップＳ１０８で「ＮＯ」と判定）、プログラムをステップＳ１１０に進める。一方、系統電源３０が正常で、電源ライン３１に電力が供給されている状態では、発電装置制御装置１９は、貯湯槽制御装置２２との通信状態が正常であると判定し（ステップＳ１０８で「ＹＥＳ」と判定）、プログラムをステップＳ１１６に進める。

発電装置制御装置１９は、ステップＳ１１０において、発電装置１１の出力電力を系統ライン（電源ライン３１：発電装置１１（または第１負荷装置１５）を系統電源３０に接続する電線である。）から自立ライン（電線１７：発電装置１１を第２負荷装置１８に接続する電線である。）に切り替える。具体的には、発電装置制御装置１９は、第１開閉器１４ｃを開路するとともに第２開閉器１７ａを閉路することで、発電装置１１を系統電源３０から切り離す（解列）とともに発電装置１１を第２負荷装置１８に接続する。このとき、発電装置１１は発電を単独で行っている（自立発電）。
また、発電装置制御装置１９は、ステップＳ１１０において、電源切替器３４を、自立用出力端子１６と電源基板２３とを接続するように切り替えるのが好ましい。なお、系統連系されているときは、発電装置制御装置１９は、電源切替器３４を、配電盤３２と電源基板２３とを接続するように切り替えている。

発電装置制御装置１９は、ステップＳ１１２において、系統電源３０の異常が解消したか否かを判定する。
具体的には、発電装置制御装置１９は、上述したステップＳ１０６と同様に、発電装置制御装置１９は、センサ１１ｂ１から入力された検出信号に基づき、系統電源３０からの電圧が所定電圧以下であると判定した場合には、系統電源３０から給電されていない状態にあると判定する。系統電源３０が正常に回復し、系統電源３０から電線１４への電力の供給が回復した場合には、発電装置制御装置１９は、系統電源３０から給電されている状態にあると判定し、すなわち、系統電源３０の異常が解消したと判定し（ステップＳ１１２で「ＹＥＳ」と判定）、プログラムをステップＳ１１４に進める。

一方、発電装置制御装置１９が、系統電源３０が正常に回復していない場合には、系統電源３０から給電されていない状態にあると判定し、すなわち、系統電源３０の異常が解消していないと判定し（ステップＳ１１２で「ＮＯ」と判定）、ステップＳ１１２の処理を繰り返す。なお、ステップＳ１１２において、発電装置制御装置１９が、電圧センサ３１ａからの検出信号に基づき、系統電源３０から給電されているか否かを判定することにより、系統電源３０の異常が解消したか否かを判定することにしてもよい。

発電装置制御装置１９は、ステップＳ１１４において、発電装置１１の出力電力を自立ライン（電線１７）から系統ライン（電源ライン３１）に切り替える。具体的には、発電装置制御装置１９は、第１開閉器１４ｃを閉路するとともに第２開閉器１７ａを開路することで、発電装置１１を第２負荷装置１８から切り離すとともに発電装置１１を系統電源３０に再連系する。その後、発電装置制御装置１９はプログラムをステップＳ１０２に戻す。
なお、発電装置制御装置１９は、ステップＳ１１４において、電源切替器３４を、配電盤３２と電源基板２３とを接続するように切り替えるのが好ましい。

発電装置制御装置１９は、ステップＳ１１６において、発電装置１１（発電機１１ａ）の発電運転を停止させて、図３に示すフローチャートを終了させる。具体的には、発電装置制御装置１９は、補機１０ｂに指令を出力し、燃料等の供給を停止させ、発電機１１ａを停止させる。

なお、ステップＳ１０６で系統電源電圧が異常であると判定し、かつ、ステップＳ１０８で発電装置制御装置１９と貯湯槽制御装置２２とが通信可能な状態であると判定した場合には、発電装置制御装置１９は、ブレーカ１４ｄが作動して電線１４を遮断したと判定する。つまり、発電装置制御装置１９と貯湯槽制御装置２２とが通信可能な状態であるということは、上述のように、貯湯槽制御装置２２に系統電源３０から電力が供給されているからであり、この状態において、電力変換装置１１ｂが系統電源３０から給電されていない状態にある原因は、ブレーカ１４ｄが作動して電線１４を遮断しているからである。なお、ブレーカ１４ｄの作動の原因には、図示しないヒータ（例えば燃料電池の着火用ヒータ）や発電ユニット１０内で短絡や漏電等の異常により電線１４に過電流が流れる場合が含まれる。

なお、第１開閉器１４ｃおよび第２開閉器１７ａにより特許請求の範囲に記載の、発電装置１１からの電力供給を第１負荷装置１５または第２負荷装置１８に切り替えるように（発電装置１１と第１負荷装置１５との接続または発電装置１１と第２負荷装置１８との接続を切り替えるように）構成された切替装置Ｒが構成されている。また、切替装置Ｒは、一つの入力接点と二つの出力接点を備えた一つの切替器を接続点１４ｂに設けるように構成してもよい。この場合、入力接点は発電装置１１に接続され、各出力接点にそれぞれ第１負荷装置１５および第２負荷装置１８が接続されるようにすればよい。

本実施形態によれば、貯湯槽制御装置２２（付随装置制御装置）は、系統電源３０から電力の供給を受けて作動しているので、系統電源３０に停電等の異常が発生した場合には、貯湯槽制御装置２２は作動しないため発電装置制御装置１９との間で正常に通信を行うことができない。この場合には、発電装置制御装置１９（通信状態判定部：ステップＳ１０８）は貯湯槽制御装置２２との通信状態が不良と判定する。さらに、発電装置制御装置１９（給電判定部：ステップＳ１０６）が系統電源３０から給電されていないと判定する。したがって、発電装置制御装置１９（切替制御部：ステップＳ１１０）は、切替装置Ｒを、発電装置１１からの電力供給を第２負荷装置１８に切り替えるように制御する。これにより、大型化・コストアップを招くことなく、系統電源３０が停電しても自立発電運転を確実に実施できる分散型電源システムを提供することができる。また、自立発電運転中において、第２負荷装置１８に対する発電装置１１からの電力供給を確実に実施することができる。

また、切替装置Ｒは、発電装置１１と第１負荷装置１５との間に設けられて発電装置１１と第１負荷装置１５とを連通・遮断する第１開閉器１４ｃと、発電装置１１と第２負荷装置１８との間に設けられて発電装置１１と第２負荷装置１８とを連通・遮断する第２開閉器１７ａと、を含んで構成され、発電装置制御装置１９（切替制御部：ステップＳ１１０）は、上記通信状態判定部が貯湯槽制御装置２２との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、上記給電判定部が系統電源３０から給電されていないと判定した場合に、第１開閉器１４ｃを開路とするとともに第２開閉器１７ａを閉路とする。これにより、簡単な構成により、系統電源３０が停電しても自立発電運転を確実に実施できる分散型電源システムを提供することができる。

また、上記切替制御部は、上記通信状態判定部が貯湯槽制御装置２２との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、上記給電判定部が系統電源３０から給電されていないと判定した場合に、第１開閉器１４ｃを開路とするとともに第２開閉器１７ａを閉路とした後であって、給電判定部（ステップＳ１１２）が系統電源３０から給電されている（復電）と判定した場合に、第１開閉器１４ｃを閉路とするとともに第２開閉器１７ａを開路とする。これにより、系統電源３０からの電力供給が復帰した場合、発電装置１１からの電力供給を第１負荷装置１５から第２負荷装置１８へと確実に切り替えることができる。

また、系統電源３０と切替装置Ｒとの間に配設されたブレーカ１４ｄをさらに備え、上記検出装置は、ブレーカ１４ｄと切替装置Ｒとの間に配設されている。これにより、新たな部品を追加することなく簡単な構成により停電を検知することができる。

また、発電装置１１は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池１１ａ１を含んで構成されている。これにより、発電装置１１が燃料電池１１ａ１により構成されている場合にも、大型化・コストアップを招くことなく、系統電源が停電しても自立発電運転を確実に実施することができる。

なお、上述した実施形態における燃料電池１１ａ１は固体酸化物燃料電池であったが、本発明を高分子電解質形燃料電池に適用するようにしても良い。この場合、発電機１１ａは、図４に示すように、主として燃料電池５１ａおよび改質器５１ｂから構成されている。

燃料電池５１ａは、燃料ガス（水素ガス）および酸化剤ガス（酸素を含む空気）が供給されて水素と酸素の化学反応により発電して直流電流（例えば４０Ｖ）を出力するものである。

改質器５１ｂは、燃料（改質用燃料）を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池５１ａに供給するものであり、バーナ（燃焼部）５１ｂ１、改質部５１ｂ２、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）５１ｂ３および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）５１ｂ４から構成されている。燃料としては、天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリンおよびメタノールなどがある。

バーナ５１ｂ１は、起動運転時に外部から燃焼用燃料および燃焼用空気が供給され、または定常運転時に燃料電池５１ａの燃料極からアノードオフガス（燃料電池５１ａに供給されずに排出された改質ガス）が供給され、供給された各可燃性ガスを燃焼して燃焼ガスを改質部５１ｂ２に導出するものである。

改質部５１ｂ２は、外部から供給された燃料に蒸発器からの水蒸気（改質水）を混合した混合ガスを改質部５１ｂ２に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部５１ｂ３に導出される。

ＣＯシフト部５１ｂ３は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素とに変成している。これにより改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ選択酸化部５１ｂ４に導出される。

ＣＯ選択酸化部５１ｂ４は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ浄化用の空気とをその内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）燃料電池５１ａの燃料極に導出される。

また、上述した実施形態においては、発電機１１ａは、天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノール等の燃料を用いて発電する燃料電池発電機の代わりに、エンジン発電機等、或いは、自然エネルギーによって発電する太陽光発電機や、風力発電機等、又は、これらの組み合わせが含まれる。

発電機１１ａがエンジン発電機である場合の構成について、図５を用いて説明する。エンジン発電機は、燃料供給装置（図示省略）から供給される燃料と空気との燃焼による熱エネルギーを回転エネルギー（運動エネルギー）に変換するエンジン５２ａと、この回転エネルギーから電気エネルギーである電流を生成する発電機本体５２ｂを備えている。エンジン５２ａには、ガスタービンエンジン、レシプロエンジン等の内燃機関、蒸気タービンエンジン等の外燃機関が含まれる。

また、上述した実施形態では、発電装置１１に付随して稼働する付随装置の一例として、貯湯ユニット２０を挙げて本発明の分散型電源システムを説明した。しかし、付随装置は貯湯ユニット２０に限定されず、系統電源３０から供給される電力で作動する付随装置制御装置を有し、当該付随装置制御装置が発電装置制御装置１９と通信するような付随装置であればよく、このような付随装置を有する分散型電源システムであれば、本発明の技術的思想は適用可能である。

さらに、本発明による分散型電源システムの他の実施形態として、自立用出力端子１６が省略されている実施形態も考えられる。この場合、系統電源３０の送電がある場合または停電の場合であっても常に第２負荷装置１８が第２開閉器１７ａに直接接続されている。系統電源３０からの送電があるときは、第２開閉器１７ａを開路とするため、第２負荷装置１８には電力供給はされない。一方、停電の場合における自立発電運転中には、第２開閉器１７ａを閉路とするため、使用者によらず、自動的に第２負荷装置１８へ発電機１１ａからの電力のみが供給されることになる。
さらに、上述した実施形態においては、電源基板２３への電力供給は、電源切替器３４を介しているが、電源切替器３４を介さずに分電盤３２から直接供給するようにしてもよい。

１０…発電ユニット、１１…発電装置、１１ａ…発電機、１１ａ１…燃料電池、１１ｂ…電力変換装置、１１ｂ１…センサ、１４…電線、１４ｃ…第１開閉器、１５…第１負荷装置、１７…電線、１７ａ…第２開閉器、１８…第２負荷装置、１９…発電装置制御装置（給電判定部、通信状態判定部、切替制御部）、２０…貯湯ユニット、２１…貯湯槽、２２…貯湯槽制御装置（付随装置制御装置）、２４…湯水循環回路、２５…熱交換器、２５ａ…流路、２７…貯湯槽制御リモコン、２７ａ…表示部、３０…系統電源、３１…電源ライン、３１ａ…電圧センサ、Ｒ…切替装置。

Claims (5)

1. 電力を発生させる発電装置と、
   系統電源の送電が正常である場合に、前記発電装置からの電力および前記系統電源からの電力が供給可能である第１負荷装置と、
   前記系統電源の送電が停止された場合に、前記発電装置からの電力のみを供給する自立発電運転中において、前記発電装置からの電力のみが供給可能である第２負荷装置と、
   前記発電装置からの電力供給を、前記第１負荷装置または前記第２負荷装置に切り替えるように構成された切替装置と、
   前記発電装置と前記第１負荷装置との間に配設されて、その配設された位置の電圧及び電流の少なくとも一方を検出する検出装置と、
   前記発電装置の制御を少なくとも行う発電装置制御装置と、
   前記発電装置に付随して稼働する付随装置を制御し、前記系統電源から供給された電力により作動し、前記発電装置制御装置と互いに通信可能に接続されている付随装置制御装置と、を備え、
   前記発電装置制御装置は、
   前記検出装置からの検出信号に基づき、前記系統電源から給電されているか否かを判定する給電判定部と、
   前記付随装置制御装置との間の通信状態が正常であるか否かを判定する通信状態判定部と、
   前記通信状態判定部が前記付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、前記給電判定部が前記系統電源から給電されていないと判定した場合に、前記切替装置を、前記発電装置からの電力供給を前記第２負荷装置に切り替えるように制御する切替制御部と、を備えた分散型電源システム。
2. 前記切替装置は、前記発電装置と前記第１負荷装置との間に設けられて前記発電装置と前記第１負荷装置とを連通・遮断する第１開閉器と、前記発電装置と前記第２負荷装置との間に設けられて前記発電装置と前記第２負荷装置とを連通・遮断する第２開閉器と、を含んで構成され、
   前記切替制御部は、前記通信状態判定部が前記付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、前記給電判定部が前記系統電源から給電されていないと判定した場合に、前記第１開閉器を開路とするとともに前記第２開閉器を閉路とする請求項１の分散型電源システム。
3. 前記切替制御部は、前記通信状態判定部が前記付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、前記給電判定部が前記系統電源から給電されていないと判定した場合に、前記第１開閉器を開路とするとともに前記第２開閉器を閉路とした後であって、前記給電判定部が前記系統電源から給電されていると判定した場合に、前記第１開閉器を閉路とするとともに前記第２開閉器を開路とする請求項２の分散型電源システム。
4. 前記系統電源と前記切替装置との間に配設されたブレーカをさらに備え、
   前記検出装置は、前記ブレーカと前記切替装置との間に配設されている請求項１から請求項３の何れか一項の分散型電源システム。
5. 前記発電装置は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池を含んで構成されている請求項１から請求項４の何れか一項の分散型電源システム。

Images